【摘 要】
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蓬勃发展的工业和迅猛增长的世界人口,导致农林废弃物急剧增加和严重的水污染问题,开发以农林废物为原料,制备具有去除水环境中重金属离子的生物吸附剂,具有重要的研究意义。本论文以纤维素为原料,在纤维素骨架上接枝共聚吸附基团和加入其它具有吸附基团的材料,制备了纤维素-丙烯酸/丙烯酰胺水凝胶、纤维素-聚乙烯亚胺微球以及改性纤维素/壳聚糖复合微球,研究这几种生物吸附剂的最优条件,探究吸附剂的吸附机理,并通过不
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（31770617）； 广东省自然科学基金（2017A030310147）；
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蓬勃发展的工业和迅猛增长的世界人口,导致农林废弃物急剧增加和严重的水污染问题,开发以农林废物为原料,制备具有去除水环境中重金属离子的生物吸附剂,具有重要的研究意义。本论文以纤维素为原料,在纤维素骨架上接枝共聚吸附基团和加入其它具有吸附基团的材料,制备了纤维素-丙烯酸/丙烯酰胺水凝胶、纤维素-聚乙烯亚胺微球以及改性纤维素/壳聚糖复合微球,研究这几种生物吸附剂的最优条件,探究吸附剂的吸附机理,并通过不同的表征手段探究元素、基团、形貌、结构等信息,主要研究内容如下:（1）将丙烯酸（AA）/丙烯酰胺（AM）接枝共聚到纤维素（MCC）上,制备纤维素-丙烯酸/丙烯酰胺水凝胶,研究发现MCC与AM质量比为15:1,MCC与AA的重量体积（w/v）比为1:6时,在50℃反应温度下所合成的MCC-g-（AA-co-AM）水凝胶成型状态好且对Cu（Ⅱ）吸附量最高。吸附时溶液p H为5,吸附时间为1 h,反应温度27℃,且当Cu（Ⅱ）溶液初始浓度为300 mg/L时,最大吸附量为177.02 mg/g;Cd（Ⅱ）溶液初始浓度为400 mg/L时,最大吸附量为306.22 mg/g;Pb（Ⅱ）溶液初始浓度为600 mg/L时,最大吸附量为556.69 mg/g。准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Langmuir等温线模型能较好地描述MCC-g-（AA-co-AM）水凝胶对重金属离子的吸附。表征分析结果表明制备的水凝胶出现了聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的基团,且表面粗糙有明显的不规则的多孔结构,有利于吸附的进行。（2）将聚乙烯亚胺（PEI）引入到纤维素中,然后MCC-PEI溶解到碱尿素水溶液,使用滴入法可以制备MCC-PEI微球,研究发现MCC与PEI质量比为1:2时,制备的MCC-PEI对Cu（Ⅱ）吸附量最高。吸附时溶液p H为5,吸附时间为3 h,反应温度27℃,且当Cu（Ⅱ）溶液初始浓度为250 mg/L时,微球最大吸附容量为22.56mg/g;当Cd（Ⅱ）溶液初始浓度为400 mg/L时,微球最大吸附容量为27.27 mg/g。准二阶动力学可以较好地描述微球对于Cu（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）溶液的吸附过程。表征分析结果表明制备的微球中出现PEI的特征峰,MCC-PEI微球的表面十分粗糙,有少量的毛刺和小孔存在,在微球内部存在空腔,内部的褶皱比表面更多、更深,且在内部有很多不规则孔隙。（3）同（2）步骤制备MCC-PEI,然后将MCC-PEI和壳聚糖（CS）溶解到碱尿素水溶液,使用滴入法可以制备改性纤维素/壳聚糖复合微球,研究发现MCC-PEI与CS质量比为2:1时,制备改性纤维素/壳聚糖复合微球对Cu（Ⅱ）吸附量最高。吸附时溶液p H为5,吸附时间为3 h,反应温度27℃,且当Cu（Ⅱ）溶液初始浓度为250mg/L时,微球最大吸附容量为59.01 mg/g;当Cd（Ⅱ）溶液初始浓度为400 mg/L时,微球最大吸附容量为76.56 mg/g。准二阶动力学和Freundlich等温线可以较好地描述复合微球的吸附过程。表征分析结果纤维素和壳聚糖同时存在于复合微球中,复合微球的表面更为粗糙,有很多褶皱和许多小孔,内部分为好几层,每一层有很多孔洞,具有明显的多孔交联结构。
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