纤维素甲基丙烯酸酯水凝胶的制备及重金属离子吸附性能研究

摘要

水体和土壤是生态环境健康安全发展的基础,重金属含量超标则严重污染了土壤和水体,对人体健康和生态环境构成威胁。具有高吸附性的凝胶材料通过重金属高吸附性及多孔性将水体和土壤中重金属离子富集于自身中,实现水体和土壤中重金属离子的有效去除。以杨木木粉中提取的纤维素为原料,利用离子液体在均相条件下通过酯化反应合成可溶于二甲基亚砜的纤维素甲基丙烯酸酯(CM)。以CM为原料,首先通过碳碳双键交联制备了CM有机凝胶。然后通过巯基-烯点击化学反应分别将3-巯基丙酸(MA)和L-半胱胺盐酸盐(CH)接枝到CM有机凝胶中的未反应碳碳双键上,制备了2种分别具有羧基或氨基活性吸附基团CM基水凝胶,分别命名为CM-MA和CM-CH。在化学结构与形貌分析基础上,系统研究了2种水凝胶对重金属离子的吸附性能,并对其吸附机理进行了探究。研究结果表明,在本研究选用的6种重金属离子,CM-MA水凝胶对Pb2+吸附效果最好,最大吸附量可达148.44 mg/g。CM-CH水凝胶对Hg2+展现出优异的特异性吸附性能,最大吸附量为112.55 mg/g。2种水凝胶对重金属离子的吸附均属于单分子层的化学吸附,吸附动力学模型更符合准二级吸附动力学模型。本研究不仅为重金属污染的处理提供一条有效途径,同时实现了农林废弃物的高值化利用,对资源利用和环境保护具有一定的指导意义。