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随着社会经济的不断发展,人类对环境的保护越来越重视。近年来,随着重金属冶炼、重金属开采、皮革及其制品、铅蓄电池等产业的发展,重金属污染越来越严重,危及社会经济的可持续发展和人类的身体健康,如何有效的去除和回收重金属离子在国内外展开了广泛的研究。吸附法是众多方法中研究较多的方法之一。与此同时,如何获得新型可再生、环保、高效的吸附剂也是该领域的研究热点之一。本论文综述了水体中重金属污染的现状、危害以及目前常用的重金属处理方法以及吸附剂。结合目前提倡的绿色环保的理念,本论文创新性地以环保可再生的木质纤维素为原料,通过酸水解预处理联合高压均质处理,制备得到表面带有负电荷的纤维素纳米纤丝(CNFs),并以CNFs为原料,通过化学接枝共聚改性,获得具有优异吸附效果的纳米纤维素基重金属吸附材料,系统研究了该吸附剂对Cu2+、Pb2+的吸附性能,以及对工业废水中重金属离子的吸附行为。主要研究结论如下:(1)经过酸水解的纸浆纤维素很容易团聚并沉积在一起,而经过高压均质处理后,CNFs形成稳定乳白色的悬浮液;在酸水解预处理过程中,纤维素纳米纤丝(CNFs)的尺寸随着硫酸浓度增大而减小:CNFs表面带电荷量随着酸浓度的增大而增大,随着酸水解预处理时间的增长而增大:酸水解预处理没有改变纤维素的晶型,CNFs结晶度先减小后增大;FTIR检测结果表明,C-O-S03基团被引入到CNFs的表面,进一步计算分析表明,采用盐酸水解制备的CNFs具有较高的分子内氢键(HBI)。(2)纸浆纤维-丙烯酸(WP-AA)气凝胶以及纤维素纳米纤丝-丙烯酸(CNFs-AA)气凝胶吸附剂都具有交联多孔的网络结构,且Cu2+和Pb2+被成功吸附在CNFs-AA吸附剂的孔隙结构中;溶液pH对Cu2+和Pb2+离子的吸附性能有很大的影响,相同pH条件下,CNFs-AA吸附剂对Cu2+和Pb2+的吸附性能明显优于WP-AA吸附剂;CNFs-AA吸附剂对Cu2+和Pb2+的吸附更符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型;CNFs-AA吸附剂中含有COO-、-COOH和-OH三种吸附位点,可与金属离子之间形成静电作用,离子交换等。(3)CNFs-PVA-AA气凝胶(CPA)吸附剂以及吸附了 Pb2+、Cu2+后形成的CPA-Pb2+、CPA-Cu2+气凝胶都具有交联多孔的网络结构;当pH值为5.0和6.0时,CPA吸附剂对Pb2+和Cu2+吸附量最大;50wt%、55wt%、64wt%硫酸水解预处理制备的CPA吸附剂对Pb2+的最大吸附量分别为117.19mg/g、131.28mg/g、129.1mg/g,对Cu2+的最大吸附量分别为36.66mg/g、29.87mg/g、42.99mg/g;吸附动力学和热力学模拟表明,CPA吸附剂对Pb2+和Cu2+的吸附历程更符合准二级动力学模型和Fredunlich等温吸附模型;羧基是重金属离子的主要吸附位点,同时CPA气凝胶吸附剂的多维网络结构,也可提高其对重金属离子的吸附。(4)CPA吸附剂对工业废水中的多种离子都具有吸附作用,CPA吸附剂对工业废水中Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+的吸附量为Pb2+>Cd2+>Cu2+>Zn2+,表现出定向选择性吸附;在CPA凝胶形成过程中,纤维素提供大量的活性羟基,首先和PVA发生交联反应。然后丙烯酸自身形成聚丙烯酸后再与PVA分子链交联,形成交联的水凝胶:CPA气凝胶吸附剂具有-COO-基、-NH-和-OH等功能性基团,可与重金属离子发生离子交换、静电作用等。同时其交联的多孔网络结构对重金属离子也有物理吸附作用。化学吸附与物理吸附共同作用,使得其吸附效果更佳。