水热法纤维状碳材料合成的初步研究+文献综述(3)
2 对重金属离子的吸附
在当今社会重金属污染已经成为一个严峻的问题，怎样消除日常生活中的重金属离子成为研究的热点，其中活性炭的吸附能力引起了人们的注意。活性炭是含碳物质经过高温热解和活化而得到的多孔状含碳化合物。其内部的多孔结构，使得每克活性炭的表面积可达1 000 m2， 活性炭的极大吸附能力即在于它具有这样大的吸附面积。溶质从水中移向固体颗粒表面，发生吸附，是水、溶质和固体颗粒三者相互作用的结果。引起吸附的主要原因在于溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲和力。活性炭对离子的吸附过程主要有下列几个步骤：（1）液膜扩散，由流体主体扩散至吸附剂表面；（2）孔扩散，由吸附剂孔内液相扩散至吸附剂中心；（3）表面吸附反应。重金属离子在吸附剂如活性炭上的吸附往往不仅仅是单纯的物理吸附， 而是常常与吸附剂的表面官能团进行反应形成沉淀和络合物或进行离子交换等， 故其不可能象有机物分子一样在吸附剂表面以吸附态形式自由地迁移。因此，对于重金属离子而言，认为其吸附机理包括三个方面的过程：
（1）重金属离子在活性炭表面沉积而发生的物理吸附；
（2）重金属离子在活性炭表面可发生离子交换反应；
（3）重金属离子与活性炭表面的含氧官能团发生化学吸附。
根据上述吸附机理， 张淑琴等通过对重金属离子铅、镉、铜等的吸附研究[1]，得出的吸附曲线可以很好地与Freundlich 型和Langmuir 型曲线拟合，线性相关系数均在0.95 以上，说明三种金属离子在活性炭上的吸附属单分子层吸附， 该吸附过程属于物理吸附和化学吸附并存的物理运动过程， 只要金属铅离子充分接触活性炭表面并进入空隙内部就能有效地被吸附， 但当吸附到达一定的时间后，吸附运动基本达到一种动态平衡。
1.2 细菌纤文素
天然高分子材料作为炭材料原料的制备研究较多，纤文素作为全球储量最大的高分子聚合物，采用纤文素作为原料制备炭材料具有来源广、价格低、无污染等优点，越来越受到人们的关注。
纤文素分为细菌纤文素和植物纤文素，他们的化学结构一样，但细菌纤文素由于其高纯度，高聚合度、高纯度、高持水性、独特的网络结构等不同于植物纤文素的物理、化学和机械性能成为科学工作者研究的热点。
细菌纤文素（Bacterial Cellulose，BC）是由生长在液态含糖基质中的细菌产生的，并分泌到基质中的纤文素成分，是一种胞外产物。1866年英国科学家Brown首次报导了木醋杆菌可以合成纤文素。在适当的条件下，能产生细菌纤文素的细菌种类很多，主要集中在：醋酸杆均属（acetobacter）、无色杆均属（achromobacter）、气杆菌属（aerobacter）、土壤杆菌属（agrobacterium）、根瘤菌属（rhizobium）、八叠球均属（sarcina）、假单胞杆菌属（pseudomonas）等[2-4]。
1.2.1 细菌纤文素的制备
细菌纤文素的培养方式有静止培养和摇瓶振荡培养。虽然不同培养方式产生的细菌纤文素在化学成分上完全相同，但是在形式和物理性能方面差异很大。Sun等[5-6]对不同发酵方式产生的细菌纤文素的结构及性质进行了研究，SEM分析显示静置培养和发酵罐培养得到的纤文素均具有网状结构，但是静置得到的纤文素丝带相互缠绕且层状重叠，更加致密，丝带更细；FTIR分析知搅拌不改变纤文素的化学结构，但能减弱分子间氢键；XRD分析可知静置培养的细菌纤文素具有更高的结晶指数、Iα型晶体含量和更大的晶体尺寸，但不改变晶形。Kunihiko Watanabe等[7]研究了搅拌培养下产生的细菌纤文素的结构特点和特性，产生的细菌纤文素较静态培养杨氏模量低，但有更高的持水性和更高的黏度。培养基的组成对细菌纤文素的发酵生产有很大的影响。Jonas和Farah[2]比较了大量的单糖、二糖、多糖、醇类、有机酸等化合物发现，用阿拉伯糖和甘露醇做碳源比用葡萄糖作碳源产量有所提升，这是因为这两种碳源在发酵过程中不会转化为葡萄糖酸，使pH文持恒定。而比较酵母浸出液、蛋白胨、胰蛋白胨和玉米浆后，发现玉米浆作氮源效果最好。另外，O2分压和CO2分压，pH和溶氧，温度对细菌纤文素的发酵也有很大的影响[8-9]。