秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称,是一类农作物的废弃物。由于秸秆富含氮、磷、钾等元素,以及纤维素和木质素等有机物质,是一种具有多用途的可再生生物资源。然而,目前我国每年大量富余秸秆,最后大多是通过焚烧处理,这不仅造成资源的极大浪费,其燃烧过程中产生的废气还同时给大气环境造成污染。因此如何加快秸秆材料的综合利用,实现秸秆的资源化、产业化,促进资源节约、环境保护和农民增收,是当今我国农业领域中的重要课题之一。由于秸秆材料中富含的纤维素和木质素等天然高分子是一类重要的环境友好材料,且分子链上分布有大量的羟基、羧基等活性基团,对水体中的污染物质具有良好的络合吸附及絮凝作用,可作为一种绿色水处理剂应用于污水处理中。特别是通过适当化学改性,破坏天然高分子链原有的有序结构,引进新的功能基团,提高其反应性,无疑可进一步加强秸秆材料的水处理性能。本课题以小麦秸秆为基材,采用醚化改性方法,引入羧甲基、季铵基团,分别制得一种阴离子型秸秆和阳离子型秸秆,还尝试在秸秆上同时引入这两种基团,制备一种兼具有阴、阳离子基团双重特点的两性型秸秆；还分别以阳离子型染料亚甲蓝(MB),阴离子型染料甲基橙(MO)及茜素绿(AG25)溶液作为模拟污水水样,系统地研究了上述三种改性秸秆对它们的吸附性能,并深入探讨了改性秸秆对离子型染料的吸附机理。结果表明：图1秸秆(□)和两性秸秆(○)分别对AG25(a)和MB(b)吸附脱除效果示意图(1)阴离子型秸秆对阳离子型染料MB具有良好的吸附效果,但对阴离子型染料吸附能力却很弱；阳离子型秸秆对阴离子型染料MO和AG25均具有良好的吸附效果,但对阳离子型染料的吸附能力却很差。而兼具有阴、阳离子基团(羧甲基和季铵基团)的两性型秸秆,对阳离子型染料MB和阴离子型染料AG25在合适的pH条件下均具有良好的吸附效果,如图1所示,从而克服了前述两种离子型秸秆只能吸附脱除单一类型染料物质的不足。(2)三种改性秸秆吸附剂对离子型染料的吸附均具有较为明显的pH依赖性,这主要是由于改性秸秆表面电性随体系pH的变化而发生改变,进而影响到改性秸秆与染料分子之间的静电吸附作用。进一步的吸附机理研究表明,在不同温度下,三种秸秆改性吸附剂对离子型染料的等温吸附均符合Langmuir模型,吸附动力学均符合假二级动力学模型及Elovich模型,而柱吸附行为符合Thomas模型,且吸附行为都不具有明显的温度依赖性。以上结果均证明三种离子型秸秆吸附剂对离子型染料的吸附机制均为伴随离子交换过程的表面控制的单分子层化学吸附行为。图2阴离子型(a)及阳离子型(b)秸秆吸附剂二次吸附机理示意图(3)对于吸附剂而言,其再生利用能力是影响其实际应用的重要因素。通常吸附剂在使用过后可采用洗脱再利用的方法,从而达到反复使用以及降低成本的目的。本实验中,两性型秸秆在经历了吸附-脱附六个循环之后仍然能够保持原先的吸附效率,适于多次循环再利用。而对于阴离子型秸秆和阳离子型秸秆,本实验则尝试了一种新的再利用方法。一方面,吸附了染料物质的吸附剂应属于已使用过的废弃吸附剂；而另一方面,由于在一定pH条件下,这种负载了染料物质的秸秆材料具有一定化学稳定性,因此它们又可被看作是一类表面结构发生了改变的新的吸附剂材料,可以将它们直接用来吸附水体中的其它染料物质。结果表明,如图2所示,负载了MB的阴离子型秸秆吸附剂对MO具有良好的吸附脱除效果,而负载了MO或AG25的阳离子型秸秆对MB同样具有良好的吸附脱除效果。这种方法无疑是拓展吸附剂再利用方法的一种成功尝试。综上所述,通过适当化学改性后的秸秆材料对于离子型染料具有较为理想吸附脱除效果,在染料废水处理中有着良好的应用前景。