【摘 要】
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镉（Cd）、铅（Pb）具有很高的生物毒性,不仅能够影响动植物的生长发育,而且还能经食物链的放大作用最终危害人体健康和生命,因此有效去除水体中的Cd、Pb具有十分重要的环境意义。近年来,使用水凝胶吸附剂来处理重金属离子废水的研究逐渐受到重视,该方法具有操作简单、成本低廉、无二次污染等优点。本文使用碱液提取花生壳中的木质纤维素为单体,制备出两种花生壳木质纤维素基水凝胶材料(花生壳木质纤维素-聚丙烯酸水
【基金项目】
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国家自然科学基金委员会资助项目（No.41931288）; 广东省重点领域研究开发计划项目（No. 2019B110207001）; 广西省重点研究开发计划资助项目（No. AB18281002）
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镉（Cd）、铅（Pb）具有很高的生物毒性,不仅能够影响动植物的生长发育,而且还能经食物链的放大作用最终危害人体健康和生命,因此有效去除水体中的Cd、Pb具有十分重要的环境意义。近年来,使用水凝胶吸附剂来处理重金属离子废水的研究逐渐受到重视,该方法具有操作简单、成本低廉、无二次污染等优点。本文使用碱液提取花生壳中的木质纤维素为单体,制备出两种花生壳木质纤维素基水凝胶材料(花生壳木质纤维素-聚丙烯酸水凝胶（PS-PAA）和花生壳木质纤维素/β-环糊精/聚丙烯酸复合水凝胶（（PS/β-CD/PAA））,并将其用于对Cd2+、Pb2+的吸附去除研究。研究了各种因素如水凝胶吸附剂投加量、p H值、吸附时间和温度等对吸附的影响。对水凝胶吸附剂吸附Cd2+、Pb2+的过程以及吸附机理进行探讨,为花生壳的资源利用和花生壳木质纤维素基水凝胶材料的设计及其在重金属污染水体的处理应用中提供一些理论依据。主要包括以下两个方面:（1）PS-PAA水凝胶的制备、表征及对Cd2+、Pb2+的吸附性能与机理研究使用水浴加热聚合法制备了PS-PAA水凝胶吸附剂,并对凝胶材料进行SEM、FT-IR、XRD、TG、压缩和拉伸表征,结果表明PS-PAA水凝胶吸附剂具有三维网络结构,含有大量官能团,有一定的机械性能和热稳定性能。PS-PAA水凝胶吸附剂对Cd2+、Pb2+具有优良的吸附性能,在p H值(Pb2+（3.0-5.7）,Cd2+（4.0-8.4）)范围内对Cd2+、Pb2+都有良好的去除效果。PS-PAA水凝胶对Cd2+、Pb2+的吸附平衡时间短,吸附过程符合准二级吸附动力学方程,并且由外扩散和颗粒内扩散共同决定。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,并且热力学的研究表明吸附过程是一个自发的放热过程。FT-IR与XPS的分析表明,PS-PAA水凝胶对Cd2+、Pb2+的吸附是Cd2+、Pb2+与官能团（如含O和N的基团）的络合或配位作用来实现的。（2）PS/β-CD/PAA复合水凝胶的制备、表征及对Cd2+、Pb2+的吸附性能与机理研究以β-环糊精为增强材料,采用加热聚合法制备了PS/β-CD/PAA复合水凝胶吸附剂。与PS-PAA水凝胶相比,其三维网络更加均匀稳定,其机械性能更加优良。PS/β-CD/PAA在3-8的宽p H值范围内都能实现对Cd2+、Pb2+的有效去除,并在60 min达到吸附平衡,吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型。通过FT-IR与XPS的分析表明复合水凝胶对于Cd2+、Pb2+的吸附,主要通过离子交换、络合作用或配位作用来进行。并且使用4 g L-1的复合水凝胶材料处理AMD中的重金属时,对Pb2+、Cu2+、Cd2+的去除效率分别为76.4%、88.6%、72.9%。复合水凝胶可以用来处理含Pb2+、Cu2+、Cd2+的实际废水。花生壳木质纤维素基水凝胶材料对Cd2+、Pb2+的良好吸附性能使其可用于水体中Cd2+、Pb2+的吸附去除,为花生壳的资源利用和花生壳木质纤维素基水凝胶材料水体重金属处理中的应用提供了理论基础。
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