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废水和污泥等水体污染,会对环境和人类健康造成很大危害,而成为公众的重大关切。上述水污染物中很大的成分是水溶性的阴离子性物质如阴离子染料、荷负电的污泥等。针对水污染的治理,已研究、开发多种方法,包括化学法(如沉淀、氧化还原、气浮、电解等)、物理化学法(如溶剂萃取、离子交换、膜分离、吸附等)、生物法(如生物吸附、生物沉淀和植物修复等),其中的吸附法,因其可再生重复使用、无二次污染等特点而受到重视,开发吸附容量高、吸附速度快的阴离子吸附剂,成为水污染治理的热点。纤维素作为可再生、可生物降解、廉价易得的生物质,其本身对阴离子有一定的吸附性能,但吸附容量不高,一般不宜直接用于阴离子的吸附。通过醚化、酯化和接枝聚合改性等化学修饰,可改进纤维素的吸附性能,而接枝聚合通过单体种类、接枝率等的设计,可以制备在吸附容量、吸附速度等方面满足实际应用需求的吸附剂。本文实现了自由基引发的丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)在微晶纤维素上的接枝聚合。将实验获得的纤维素-接枝-聚合(丙烯酰胺-甲基丙烯酸缩水甘油酯)[cellulose-graft-poly(acrylamide-glycidyl methacrylate),Cell-g-P(AM-GMA)],用三甲胺进行环氧环的开环季铵化,获得季铵化纤维素-接枝-聚合(丙烯酰胺-甲基丙烯酸缩水甘油酯)[quaternized cellulose-graft-poly(acrylamide-glycidyl methacrylate),QD-Cell-g-P(AM-GMA)],并对产物进行了傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)等表征。实验结果表明,当引发剂过氧化苯甲酰(BPO)浓度为5.8 g L-1、引发时间16 min、复合溶剂丙酮:水比例7:8(体积)、接枝聚合时间3 h,在反应温度70℃,Cell-g-P(AM-GMA)接枝率可达396.2%。而当三甲胺浓度为11.0 g L-1、盐酸浓度为5.5 g L-1时,在40℃可较好地实现Cell-g-P(AM-GMA)的季铵化。本文以甲基橙(methyl orange,MO)作为模型阴离子染料,研究了 QD-Cell-g-P(AM-GMA)对水溶液中甲基橙的吸附性能。实验结果表明,在pH 3-8范围内,QD-Cell-g-P(AM-GMA)对MO的去除率在96%以上,可广泛应用于酸性碱性污水的处理。吸附动力学实验表明,QD-Cell-g-P(AM-GMA)对甲基橙的吸附,符合准二级动力学为化学吸附过程,初始吸附速率V00能够达到53.3 mg g-1 min-1,为文献报道V0值2倍以上,75 min即可达到吸附平衡,10 min时甲基橙去除率达到75%,25 min时甲基橙去除率达到90%。进一步的研究表明,QD-Cell-g-P(AM-GMA)对甲基橙的等温吸附更符合Langmuir等温吸附模型,由其可导出在30℃的最大吸附容量为800.0 mgg-1,与实验值798.1 mgg-1非常接近。而热力学研究表明,QD-Cell-g-P(AM-GMA)对MO的吸附为吸热和自发过程。经过5次吸附-脱附循环之后,QD-Cell-g-P(AM-GMA)对MO仍显示72%以上的去除率,证明其具有良好的吸附再生性能。综上所述,所制备的季铵化纤维素基吸附剂QD-Cell-g-P(AM-GMA)对阴离子染料具有较高的吸附容量、较快的吸附速度,在废水中阴离子污染物和污泥的治理方面,有较大的应用潜力。