随着社会的进步,经济的发展,工业在急速发展的同时,也带来了大量的环境问题。比如大量含重金属离子和染料的废水未经处理或经部分处理就被排放到自然水体中。而这两类污染物都具有毒性强、难降解和易富集等特性。如不及时处理,不仅会对环境产生恶劣影响,还会通过食物链富集,危害生物体和人类的健康。因此,含重金属离子和染料废水的有效处理,是研究人员和工程技术人员急需解决的问题。在已有的处理方式中,吸附法由于其具备吸附效率高,成本低,设备装置简单等优势,受到人们的广泛关注和研究。本文以农林废弃物马铃薯残渣为原料,通过活化改性,将其包覆于化学性质稳定的石英砂表面,制备重金属离子和染料吸附剂（QS@PR）。通过静态吸附实验和动态吸附实验（固定床）,探究了吸附剂对Cd²⁺、Cu²⁺和MB的吸附方式和吸附性能。具体内容如下:（1）通过扫描电镜（SEM）结果可知,活化后的马铃薯残渣相比于活化前的马铃薯残渣,表面更加粗糙,质地更为疏松多孔,其表面结构更有利于吸附的进行。通过水性聚氨酯的粘附特性,活化后的马铃薯残渣成功包覆在石英砂表面。X射线衍射（XRD）和热重（TGA）分析结果表明马铃薯残渣中具有吸附重金属离子和染料的有效成分。通过红外光谱（FTIR）分析结果可知,相比于活化前的马铃薯残渣,活化后的马铃薯残渣具有更多的活性官能团数目,活性吸附位点增加,更有利于吸附的进行。（2）静态吸附实验中,研究了吸附剂投加量、pH、污染物初始浓度、吸附时间和温度等因素对吸附的影响,并对吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学进行了拟合分析,以探究吸附剂的吸附特性和吸附容量。最后对吸附剂的解吸再生性能进行了考察。静态吸附实验结果表明,QS@PR吸附Cd²⁺、Cu²⁺和MB的最佳pH分别为5、5和8;随着吸附剂投加量的增加,Cd²⁺、Cu²⁺和MB的去除率也逐渐上升,考虑经济因素,吸附剂最佳投加量分别为10g、10g和7.5g;随着污染物初始浓度的增加,吸附剂的吸附量逐渐增加,表明吸附剂表面的活性吸附位点被逐渐占据;QS@PR对Cd²⁺、Cu²⁺和MB的吸附速率快,10min内基本达到吸附平衡状态,且去除率较高;温度升高,QS@PR对Cd²⁺和MB的吸附量都减小,降温有利于QS@PR对Cd²⁺和MB的吸附。通过吸附动力学模型拟合结果可知,吸附过程与拟二级动力学模型拟合程度高,相关系数（R²）大于0.99,表明吸附速率主要受化学吸附控制;通过吸附等温模型拟合结果可知,吸附等温线与Langmuir吸附等温方程的拟合程度高于Freundlich吸附等温方程,表明吸附是一个单分子层吸附过程;通过吸附热力学拟合结果可知,QS@PR吸附Cd²⁺和MB时焓变ΔH⁰<0,表明吸附Cd²⁺和MB是一个放热反应;吸附过程中熵变ΔS⁰<0,说明QS@PR吸附Cd²⁺和MB时,废水溶液体系的混乱程度降低,有序性得到了提高;ΔG⁰<0,说明QS@PR对Cd²⁺和MB的吸附过程是自发进行的。水溶液中重金属离子与Na⁺和Ca²⁺的竞争吸附实验表明,Na⁺浓度的增加对Cd²⁺和Cu²⁺的吸附几乎没有影响,Ca²⁺浓度的增加对Cu²⁺的吸附没有影响,但对Cd²⁺的吸附影响较大。解吸再生实验表明,0.1mol/L的HNO₃溶液可以对吸附Cd²⁺、Cu²⁺和MB后的QS@PR进行解吸,通过三轮解吸实验,吸附容量有所下降,再生性能有待提高。（3）在动态吸附实验中（固定床）,研究了流速、污染物初始浓度和固定床深度对吸附的影响,通过Adams-Bohart、Thomas和Yoon-Nelson模型对实验数据进行拟合。探究了QS@PR对二元污染物体系的吸附效果,最后对QS@PR在固定床中的解吸性能进行了实验。动态吸附实验结果表明,较快的流速、较高的污染物初始浓度和较低的固定吸附床深度,其穿透曲线更加陡峭,达到吸附平衡的时间更短,固定吸附床的穿透时间更小,吸附量也有所减少。在Cd-Cu二元溶液体系中,Cu²⁺在水溶液中的亲和力大于Cd²⁺,能将已吸附的Cd²⁺从吸附剂上解吸下来,导致Cd²⁺出水浓度在峰值时超过进水浓度;在Cd-MB和Cu-MB二元体系中,相较于单一污染物,穿透时间都减小了,表明Cd²⁺与MB和Cu²⁺与MB相互抑制。连续解吸再生实验结果表明,QS@PR对Cd²⁺、Cu²⁺和MB吸附饱和后,能通过0.1mol/L硝酸溶液对吸附剂进行解吸,并且在30min内基本完成解吸,解吸速度快,但吸附容量有所下降,吸附剂的解吸再生性能有待提高。通过Adams-Bohart、Thomas和Yoon-Nelson模型对固定吸附床数据进行拟合,相关系数都大于0.9,三种模型均能较好的拟合吸附过程,但Adams-Bohart模型仅用于描述穿透曲线的初始部分,而Thomas和Yoon-Nelson模型适用于整个吸附过程。并且在相同的研究条件下,Adams-Bohart模型拟合的相关系数略低于Thomas和Yoon-Nelson模型,因此利用Thomas和Yoon-Nelson模型均可较好的预测固定吸附床的吸附性能。实验研究表明,以马铃薯残渣为原料作吸附剂,不仅具备来源广泛、廉价和环境友好等优势,并且能有效处理含重金属离子和染料的废水。为处理含Cd²⁺、Cu²⁺和MB的废水和马铃薯残渣的资源化再利用提供了一种有效途径,也达到了以废治废的目的。