随着工业化进程的不断发展,大量污染物被排放到水体中,对环境造成严重破坏。其中含重金属离子和有机染料的废水是对环境污染最严重、危害最大的工业废水之一。面对含重金属离子和有机染料废水的危害,开发和利用相应处理技术对受污水体进行治理已经成为研究热点。在相关的废水处理技术中,吸附法由于操作简易、方法成熟、去除效率高且环保,被视为高效的废水处理方法。吸附材料是吸附法技术的核心,研究开发易于制备、低价、高效、可重复使用的高性能吸附材料对促进吸附法处理技术的发展具有重要意义。本文以化学机械浆为对象,通过醚化反应,设计制备了一种新型的、纤维素基“核壳”结构阳离子交换纤维素纤维,讨论了其制备工艺,表征了其化学结构,并考查了其对重金属离子及亚甲基蓝阳离子染料的吸附性能。主要研究结果如下:(1)水不溶阳离子交换纤维素纤维的得率与其羧基含量是一对矛盾体,羧基含量越高纤维的得率就越低。为了解决得率与羧基含量之间的矛盾,通过优化醚化工艺,协调了纤维得率与羧基含量之间的平衡。较优的水不溶阳离子交换纤维素纤维的制备工艺为:化机浆用量10 g,氢氧化钠用量8 g,氯乙酸钠用量14 g,醚化温度60℃,醚化时间8 h。所制备的水不溶阳离子交换纤维素纤维的羧基含量为175.4 mmol/100g,纤维得率为84.55%。(2)化机浆表层的木素可以成为包裹内部羧甲基纤维素的壳,形成具有“核壳”结构的阳离子交换纤维素纤维。与化学浆制备所得的阳离子交换纤维素纤维相比,在水不溶性纤维得率基本一致的情况下,这种结构可有效提高纤维的羧基含量。聚电解质滴定法测试阳离子交换纤维素纤维电荷分布为:总电荷 175.4 mmol/100g,表面电荷 56.21 mmol/100g,电荷比 32.05%;利用XRD分析其结晶结构,FT-IR测试其化学结构以及SEM来分析其微观形貌,并通过荧光染色后的激光共聚焦显微镜证实了该阳离子交换纤维素纤维具有“核壳”结构,即以木素作为“壳”,羧甲基纤维素为“核”。(3)研究了阳离子交换纤维素纤维对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附动力学及热力学。结果显示:pH值对阳离子交换纤维素纤维吸附Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的影响最为明显。pH值变化可以改变废水中重金属离子的价态以及吸附剂表面电荷的存在状态,影响阳离子交换纤维素纤维的吸附能力。pH值在2～6范围内,阳离子交换纤维素纤维对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)均具有良好的吸附能力。在pH值为5时,阳离子交换纤维素纤维对Cu(Ⅱ)的吸附能力达到最大值43.23 mg/g,在pH值为6时,阳离子交换纤维素纤维对Pb(Ⅱ)的吸附能力达到最大值为47.96mg/g。通过动力学分析可知,阳离子交换纤维素纤维对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附为快速吸附过程,在20 min左右达到吸附平衡,吸附过程符合伪二级动力学;通过对等温线和热力学分析可知,阳离子交换纤维素纤维对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附与Langmuir等温吸附方程相吻合,为自发的吸热反应。利用0.1 mol/L的HCl对阳离子交换纤维素纤维进行解吸再生,结果表明,该吸附剂至少可以回用4次,且吸附率可达到原先的80%。阳离子交换纤维素纤维对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附机理为离子交换和配位络合。(4)研究了阳离子交换纤维素纤维对亚甲基蓝(MB)的吸附动力学及吸附热力学。结果显示:溶液pH值是影响阳离子交换纤维素纤维吸附MB的重要因素。pH值在3～10的范围内,阳离子交换纤维素纤维对MB具有优异的吸附能力。在pH值为8时,对MB的最大吸附量为741.3 mg/g。通过动力学分析表明,阳离子交换纤维素纤维对MB的吸附为快速吸附过程,在10 min左右达到吸附平衡,吸附过程符合伪二级动力学。通过等温线和热力学分析可知,阳离子交换纤维素纤维对MB的吸附符合Langmuir等温吸附方程,为自发的吸热反应。利用1 mol/L的HCl对吸附了 MB的阳离子交换纤维素纤维进行解吸回用,结果表明:该吸附剂具有稳定的化学性质及优异的回用性能,至少可回用3次。阳离子交换纤维素纤维对MB的吸附机理为离子交换、范德华力和氢键作用。