摘要
纤维素是自然界中含量最为丰富的物质，纳米纤维素是是通过物理、化学或生物处理等方法，从纤维原料中分离出的至少有一维在纳米尺寸范围内的纤维素材料。而重金属离子造成的污染成为现在国内外研究者亟待解决的问题。去除重金属离子的机理主要有：静电吸引，螯合/络合作用，离子交换，范德华力，Π-Π相互作用等，但因纤维素表面缺少吸附重金属离子的官能基团，因此需要对纤维素表面进行接枝共聚改性或与其它功能材料进行复合等提高其表面官能团含量，提高吸附性能。本文采用氧化/醚化反应在纤维素表面引入羧基，后通过聚乙烯亚胺进行改性得到高吸附容量的Cu2+吸附剂，用于污水处理。 （1）为了提高重金属离子的吸附性能，首先通过在针叶木浆进行TEMPO氧化引入羧基后进行高压均质，而得到纤维素纳米纤丝（TO-CelluloseNanofibril,TO-CNF），后通过和聚乙烯醇（Poly(vinylalcohol)，PVA）溶液进行混合，冷冻干燥得到TO-CNF/PVA气凝胶。而后通过将TO-CNF/PVA气凝胶浸入聚乙烯亚胺（Polyethyleneimine，PEI）溶液中，在戊二醛交联剂的作用下，将TO-CNF/PVA气凝胶表面引入氨基，得到TO-CNF/PVA/PEI纳米粒子。通过扫描电镜（SEM），傅里叶变换红外光谱（FT-IR），同步热分析（TGA），自动气体吸附分析等分析方式分析了纳米粒子的微观结构、性能以及孔隙结构。TO-CNF/PVA/PEI纳米粒子对Cu2+的吸附动力学与伪二级动力学和Langmuir模型(R2gt;0.99)具有良好的相关性。根据Langmuir模型，其对Cu2+的最大吸附量为156.8mg/g。且在1小时内吸附即可达到平衡，循环3次后吸附效率仍能保持在80%以上。 （2）为了降低得到羧基的成本和提高羧基含量，通过羧甲基化，利用一氯乙酸(Monochloroaceticacid,MCA)和氢氧化钠与桉叶漂白浆(EBP)的比例，来调控得到的不同羧基含量的羧甲基纤维素纳米纤维(Carboxymethylcellulosenanofibrils,CMCNFs)。采用PEI与CMCNFs在戊二醛作用下的交联反应制备了CMCFs-PEI气凝胶。探究了具有不同羧甲基含量的CMCNFs-PEI气凝胶的结构与Cu2+的吸附性能的影响机制。研究了pH、接触时间、温度和Cu2+初始浓度对CMCFs-PEI气凝胶去除Cu2+性能的影响。吸附实验表明，CMCNF30-PEI气凝胶对Cu2+的吸附符合Langmuir等温方程(R2gt;0.99)，在pH为6时，其最大吸附量为588.26mg/g。经0.05MEDTA溶液处理后，经过3次吸附-脱附循环，气凝胶的去除率仍保持在85%。并用X-射线光电子能谱（XPS）探究了气凝胶对高Cu2+吸附容量的吸附机制。 （3）以Ca2+交联含羧基类材料得到蛋壳结构为启发，制备羧基水凝胶珠。将TEMPO氧化得到的纳米纤维素和羧甲基化得到的纳米纤维素（CMCNF20），进行一定比例的融合，后在Ca2+交联剂的作用下，制备水凝胶珠，冷冻干燥后，发现水凝胶珠收缩，变成气凝胶片状结构，命名为TC。将TC和不同比例的PEI进行交联，增加Cu2+吸附位点，得到TCPn。并采用元素分析、扫面电镜、N2吸附-解吸来分析TCPn的N元素含量以及N含量对表面形态和比表面积的影响。吸附Cu2+后，EDX表面Cu均匀分布在TCP2表面。
NETL