摘要
木质素在自然界中的含量极为丰富，具有良好的可再生性、生物相容性以及环境友好性，被广大研究学者视为最具有潜力的功能性高分子材料之一。然而由于木质素分子结构的复杂性和顽抗性，使其很难得到有效利用。因此，如何通过功能性设计实现木质素的高值化利用仍是现阶段的研究重点。 本研究以玉米芯碱木质素为原料，利用Fenton反应对其进行氧化降解，制备Fenton预处理的碱木质素FAL,而后在氧化的基础上分别利用β-环糊精(β-CD)和三乙烯四胺(TETA)对FAL进行改性，制备一种具有空腔结构且富含-OH的木质素基β-环糊精吸附材料FAL-β-CD以及一种富含-NH2的木质素基三乙烯四胺吸附材料FAL-TETA。借助SEM、FTIR、XPS、BET等仪器对三种改性材料进行结构表征，并将其用于去除废水中的Cr(Ⅵ),确定了三种改性吸附材料对Cr(Ⅵ)的最佳吸附条件，并探究了其吸附机理。主要结论如下: (1)利用Fenton体系对玉米芯碱木质素进行氧化预处理，使碱木质素分子发生降解作用，空间结构受到了一定的破坏，从而增加了其分子表面反应活性位点的数量，有利于后续实验中与β-环糊精(β-CD)和三乙烯四胺(TETA)的改性结合;同时，Fenton预处理使木质素分子结构中的羟基、羧基等含氧基团的数量增加，有利于对Cr(Ⅵ)的吸附性能的提升。 (2)FAL对Cr(Ⅵ)吸附的最佳条件:在Fe2+与 H2O2质量比为1∶7,Cr(Ⅵ)溶液的pH为2，浓度为100mg/L,FAL的添加量为25mg,吸附时间为360min时，FAL对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量为62.7 mg/g，相较于未预处理的碱木质素在相同条件下对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量为34.5 mg/g增加了 1.82倍。利用吸附动力学方程和吸附热力学模型对实验结果进行拟合，结果表明FAL对Cr(Ⅵ)的吸附过程为单分子层的化学吸附。热力学分析的结果说明，FAL对Cr(Ⅵ)的吸附为吸热、熵增的过程，升温有利于吸附反应的进行。 (3)FAL-β-CD对Cr(Ⅵ)吸附的最佳条件:在FAL与β-环糊精质量比为1∶2,Cr(Ⅵ)溶液的pH值为2,浓度为140mg/L,FAL-β-CD的添加量为20 mg,吸附反应时间为600min时，FAL-β-CD对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量为142.3 mg/g，比FAL对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量(62.7 mg/g)增加了 2.27倍。利用吸附动力学方程和吸附热力学模型对实验结果进行拟合，结果表明FAL-β-CD对Cr(Ⅵ)的吸附过程为以化学吸附为主导且物理吸附协同作用的单分子层吸附。热力学分析的结果说明，FAL-β-CD对Cr(Ⅵ)的吸附为可自发进行的吸热熵增的过程。 (4)FAL-TETA对Cr(Ⅵ)吸附的最佳条件:在Cr(Ⅵ)溶液的pH值为2,浓度为260 mg/L,FAL-TETA的添加量为10 mg,吸附反应时间为600 min时，FAL-TETA对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量为736.4 mg/g,比FAL对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量(62.7 mg/g)增加了 11.74倍。利用吸附动力学方程和吸附热力学模型对实验结果进行拟合，结果表明FAL-TETA对Cr(Ⅵ)的吸附过程为单分子层的化学吸附。热力学分析的结果说明，FAL-TETA对Cr(Ⅵ)的吸附为可自发进行的吸热熵增的过程。
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