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在工业废水处理中,吸附方法操作简单、吸附剂易于回收和再利用,受到广泛的关注和应用。纤维素是自然界中资源最丰富的一种可再生可降解材料,且安全无毒,因此有关纤维素基吸附剂的研发和应用受到重视。本论文分别以棉纤维、甘蔗渣和木棉纤维为基材,利用纤维素中羟基的化学反应性,通过化学改性赋予这些材料特定的功能基团,以吸附方法实现对水体中重金属离子、染料和油类污染物的去除。本文旨在研究多种纤维素基材的化学改性及其对水溶性污染物金属离子与染料,以及非水溶性油类污染物的吸附性能,为纤维素材料在废水处理领域的应用提供参考。本论文研究工作主要分为三部分:(1)棉纤维基吸附剂NC-cotton的制备及性能研究以棉纤维为基材,β-环糊精(β-CD)和端氨基超支化聚合物(HPA)为改性剂,制备了吸附剂NC-cotton,对其化学结构和微观形貌进行了表征,结果表明β-CD和HPA被成功接枝到棉纤维上。该吸附剂富含能与金属离子产生螯合作用的氨基和羟基,氨基和羟基也能与染料间形成静电或氢键吸附,含有的环糊精空腔能与某些染料分子形成包合作用或与重金属离子螯合。研究了 NC-cotton对重金属离子(Pb2+、Ag+和Cu2+)及化学染料刚果红(CR)和亚甲基蓝(MB)的吸附性能。与原棉纤维相比,吸附剂NC-cotton对Pb2+、Ag+和Cu2+的吸附容量约提高了 8～20倍,对CR和MB的吸附容量约提高了 7-18倍,特别对CR表现出优异的吸附能力。pH值影响吸附剂与吸附质间的相互作用,对吸附容量有显著影响。pH值升高(3～12),吸附剂对CR的吸附容量先增后降,在pH=5时达到最大值247.1mg/g;对MB的吸附容量则持续增加,在pH值为12时达到94.6mg/g。对Pb2+、Ag+与Cu2+的吸附容量随着pH值升高(2～6)而增加,分别达到 88.7mg/g、48.6mg/g 和 38.5mg/g。NC-cotton 对 Pb2+、Ag+、Cu2+的吸附符合 Langmuir等温线模型,对染料CR和MB的吸附符合Frendlich等温线模型。吸附动力学实验表明,NC-cotton对金属离子和染料的吸附过程符合Lagergren准二级动力学方程,为既有化学吸附又有物理吸附的复合吸附。(2)改性蔗渣吸附剂HPA-SA-SB的制备及性能研究在棉纤维基吸附剂的基础上,以制糖业副产物——蔗渣为基材,以丁二酸酐(SA)和端氨基超支化聚合物(HPA)对其进行化学改性,在蔗渣基材上引入羧基和氨基,以实现对重金属离子Pb2+、Cu2+和染料CR、MB的有效吸附。吸附剂HPA-SA-SB对Pb2+、Cu2+、CR和MB的吸附容量受到pH值的显著影响。随着pH值升高(2～13),吸附剂对CR的吸附容量先增加后下降,在pH=6时达到最大值227.6mg/g;对MB的吸附容量则随着pH值的升高而增加,在pH=13时达到208.7mg/g。随着吸附质溶液pH值升高(2～6),吸附剂对Pb2+和Cu2+的吸附容量不断增加,分别达到110.3mg/g和90.6mg/g。Langmuir等温线模型可以更合理地描述蔗渣吸附剂HPA-SA-SB对CR、MB、Pb2+和 Cu2+的吸附,Langmuir 最大吸附容量分别为 233.6mg/g、177.8mg/g、144.3mg/g和106.6mg/g。HPA-SA-SB对金属离子和染料的吸附过程符合Lagergren准二级动力学方程。(3)改性木棉纤维制备及其吸油性能研究为了实现对水中油类污染物的去除,采用另一种植物纤维——木棉纤维为基材制备吸油材料。木棉纤维具有良好的浮力性质,对去除水面浮油有优势,进一步用油酸和十二烷基三甲氧基硅烷对木棉纤维改性,以提高其对油水体系中油液的吸附能力,实现油水分离。接触角分析表明,硅烷-油酸改性后木棉纤维的水接触角从113.2°增加到162.7°,对柴油的接触角为0°,改性木棉纤维具有良好的疏水亲油性。用改性木棉纤维吸附水面浮油,对柴油的吸油倍率为52.5g/g,是未改性木棉纤维吸油倍率的2.5倍左右。改性木棉吸附柴油后静置120min的保油率为83.4%,比原木棉的保油率稍低。油水体系温度升高,不利于对油品的吸附。经过5次吸附和脱附后,原木棉纤维和改性木棉纤维对柴油的吸油倍率分别从20.3g/g、52.5g/g下降至8.6g/g、38.5g/g,改性木棉重复使用5次后,吸油量仍比原木棉的初次吸油量高。对柴油、大豆油和润滑油的吸附对比表明,粘度越高的油更容易被吸附,吸附量越高。