HBP-NH2改性棉纖維吸附劑的制備及性能研究

孫鳳+臧傳峰+閆騰+張德鎖+陳宇岳+林紅

摘要：本研究通過(guò)氧化活化棉纖維的方法將端氨基超支化聚合物（HBP-NH2）接枝到棉纖維表面，成功制備了一種HBP-NH2改性棉纖維吸附劑，并以Cd2+的吸附量為依據(jù)對(duì)吸附劑的制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化。研究表明HBP-NH2改性棉纖維吸附劑最佳制備工藝為：在60 ℃下，pH值為11.03的20 g/L HBP-NH2溶液中（浴比1∶50），接枝反應(yīng) 2 h，所制備的改性棉纖維對(duì)Cd2+的吸附量最高，可達(dá)38.94 mg/g。

關(guān)鍵詞：棉纖維；接枝；端氨基超支化聚合物；鎘離子

中圖分類號(hào)：TQ085 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Preparation of Adsorbent Based on Modification of Cotton Fibers by HBP-NH2 and Its Property

Abstract： A modified cotton fiber adsorbent was prepared successfully by grafting amino-terminated hyperbranched polymer （HBP-NH2） onto oxidized cotton fibers. Its technology of preparation was optimized based on the adsorption quantity of Cd2+. The results showed that the modified cotton fibers have the highest adsorption capacity up to Cd2+ when 20 g/L HBP-NH2 reacted with oxidized cotton fibers at 60℃ and 11.03 pH value for 2 h. The adsorption quantity of Cd2+ could reach 38.94 mg/g.

Key words： cotton fiber； grafting； HBP-NH2； Cd2+

鎘是一種毒性很強(qiáng)的重金屬，極微量的鎘就可對(duì)人體造成傷害。它具有穩(wěn)定、積累和不易消除的特點(diǎn)，通過(guò)食物鏈富集，可使人體產(chǎn)生慢性中毒，甚至使人疼痛而死。1993年世界腫瘤研究機(jī)構(gòu)（IARC）將鎘定義為人類第IA致癌物。因此，含鎘廢水的有效處理刻不容緩，研究開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的含鎘廢水處理技術(shù)，具有重大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。

天然纖維素來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，具有良好的親水性和多孔結(jié)構(gòu)，又可通過(guò)羥基反應(yīng)引入多種功能基，其在分析、生化、廢水處理、金屬離子的富集和回收以及環(huán)境保護(hù)等多個(gè)方面應(yīng)用日益廣泛。超支化聚合物具有區(qū)別于傳統(tǒng)線性高分子的三維立體結(jié)構(gòu)和大量官能團(tuán)，因此其溶解性能優(yōu)異，反應(yīng)活性高。端氨基超支化聚合物（HBP-NH2）含有豐富的氨基和亞氨基，可以用于重金屬的吸附。

本文利用HBP-NH2接枝到氧化棉纖維表面，制得HBPNH2改性棉纖維吸附劑，并對(duì)制備的吸附劑進(jìn)行了表征。同時(shí)，以對(duì)Cd2+的吸附量為參照，探討了HBP-NH2濃度、接枝時(shí)間、反應(yīng)溫度以及接枝液的pH值等對(duì)所制備的吸附劑吸附量的影響，為制備高性能吸附劑提供了理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

材料及試劑：棉纖維（市售），試劑有HBP-NH2（實(shí)驗(yàn)室自制）、高碘酸鈉、丙三醇、四水合硝酸鎘、氫氧化鈉、鹽酸等，以上試劑均為分析純。

儀器：FE20型臺(tái)式pH計(jì)（梅特勒-托利多儀器有限公司）；Nicolet 5700型傅立葉紅外光譜儀（美國(guó)尼高力儀器公司）；iCAP6300型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（賽默飛世爾科技有限公司）；S-4800型掃描電子顯微鏡（日本日立公司）；DW-HL100超低溫冰箱（中科美菱低溫科技有限責(zé)任公司）；FD-1C-50冷凍干燥機(jī)（北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）。

1.2 氧化棉纖維的制備

1.2.1 棉纖維的煮練

將一定量的原棉浸漬于95 ℃、20 g/L的NaOH溶液中，浴比 1∶50，煮練90 min，去離子水充分洗滌后烘干備用。

1.2.2 棉纖維的活化

將一定量煮練后的棉纖維置于溫度為（20 ± 1）℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%的NaOH溶液中，浴比 1∶50，反應(yīng) 2 h，去離子水充分洗滌后烘干備用。

1.2.3 棉纖維的氧化

將一定質(zhì)量活化后的棉纖維浸漬于水浴溫度為70 ℃、20 g/L的NaIO4溶液中，浴比 1∶50，反應(yīng) 3 h。用去離子水充分洗滌后，置于濃度為0.1 mol/L的丙三醇溶液中浸泡30 min，去離子水充分洗滌后烘干得氧化棉纖維。

1.3 HBP-NH2改性棉纖維的制備

2 結(jié)果與討論

2.1 HBP-NH2接枝棉纖維的表征

2.1.1 紅外光譜分析

本文通過(guò)高碘酸鈉氧化活化棉纖維的方法將HBPNH2接枝到棉纖維上制備改性棉纖維吸附劑，為了驗(yàn)證吸附劑的成功制備，首先利用紅外光譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。從圖 1 可看出，棉纖維經(jīng)高碘酸鈉選擇性氧化后在1 737 cm-1處出現(xiàn)了醛基的特征吸收峰，說(shuō)明經(jīng)高碘酸鈉選擇性氧化后，棉纖維分子的葡萄糖基環(huán)上已生成活性醛基基團(tuán)，制備了二醛纖維素。HBP-NH2中具有大量氨基基團(tuán)，能夠與醛基反應(yīng)將HBP-NH2接枝到棉纖維上。經(jīng)接枝處理后，在1 737 cm-1處的醛基特征吸收峰消失，在 1 558 cm-1處出現(xiàn)了新的特征峰，即棉纖維上的醛基與HBP-NH2上的氨基反應(yīng)生成亞胺結(jié)構(gòu)，形成共價(jià)結(jié)合，制備了HBP-NH2接枝棉纖維。

2.1.2 掃描電鏡分析

為了分析接枝前后棉纖維表面形貌的變化，利用SEM對(duì)其進(jìn)行了觀察。從圖 2 可以看出，棉纖維經(jīng)氧化后，由于氧化劑的“剝皮反應(yīng)”，纖維表面出現(xiàn)了細(xì)小裂紋和不同深淺的縱向侵蝕條紋。經(jīng)HBP-NH2接枝處理后，棉纖維表面的溝槽明顯減少，并且變得光滑。說(shuō)明接枝HBP-NH2能夠?qū)γ蘩w維的表面起修飾作用，在纖維表面上形成了一層覆蓋膜。

2.2.1 HBP-NH2濃度的影響

為了獲得具有較高吸附容量的HBP-NH2改性棉纖維，對(duì)其接枝工藝進(jìn)行了優(yōu)化。首先利用不同濃度的HBP-NH2溶液在pH值為11.03、溫度為70 ℃的條件下接枝反應(yīng) 2 h，考察HBP-NH2濃度對(duì)所制備的吸附劑吸附性能的影響。圖3 是HBP-NH2濃度和接枝棉纖維吸附劑Cd2+吸附量的關(guān)系曲線圖。從圖 3 可以看出，隨著HBP-NH2溶液濃度的升高，HBP-NH2接枝氧化棉纖維對(duì)Cd2+的吸附量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。當(dāng)HBP-NH2溶液濃度為20 g/L時(shí)，對(duì)Cd2+的吸附量達(dá)到了最大值（34.48 mg/g）。主要原因是隨著HBP-NH2溶液濃度升高，醛基和HBP-NH2分子間接觸的幾率增大，HBP-NH2接枝率提高，因此制備的吸附劑上有更多的活性基團(tuán)可以用于Cd2+的吸附，Cd2+的吸附容量也隨之增大。

當(dāng)HBP-NH2濃度大于20 g/L時(shí)，繼續(xù)增加HBP-NH2濃度，反而不利于HBP-NH2棉纖維對(duì)Cd2+的吸附。因?yàn)槔^續(xù)提高HBP-NH2的濃度雖然可能會(huì)提高其接枝率，但是HBPNH2棉纖維的粘度也隨之增加（接枝的HBP-NH2過(guò)多，氨基基團(tuán)之間會(huì)形成氫鍵締合），這導(dǎo)致制備的HBP-NH2棉纖維之間容易發(fā)生黏連，而使其比表面積大大降低。因此，棉纖維基吸附劑對(duì)Cd2+的吸附容量先升高然后再逐漸下降，HBP-NH2溶液的最優(yōu)濃度應(yīng)設(shè)定為20 g/L。

2.2.2 接枝時(shí)間的影響

圖 4 是接枝時(shí)間和HBP-NH2接枝棉纖維吸附劑Cd2+吸附量的關(guān)系曲線圖（pH值11.03，HBP-NH2濃度20 g/L，接枝反應(yīng)溫度70 ℃）。由圖 4 可知，接枝時(shí)間延長(zhǎng)，HBP-NH2接枝棉纖維對(duì)Cd2+的吸附量增加，但超過(guò) 2 h后，其對(duì)Cd2+的吸附容量略有降低。這是因?yàn)楫?dāng)接枝時(shí)間逐漸增加時(shí)， HBP-NH2與氧化棉上的醛基逐漸反應(yīng)，接枝率逐漸增加并達(dá)到最大值（2 h時(shí)）。繼續(xù)延長(zhǎng)接枝時(shí)間，雖然其接枝的HBP-NH2會(huì)繼續(xù)增加，但其水溶性也會(huì)不斷增加，最終導(dǎo)致HBP-NH2改性棉纖維的產(chǎn)率大大降低。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接枝時(shí)間為 5 h時(shí)，HBP-NH2改性棉纖維產(chǎn)率僅為75%。綜上分析，最佳接枝時(shí)間為 2 h。

2.2.3 溫度的影響

圖 5 是接枝溫度和HBP-NH2接枝棉纖維吸附劑Cd2+吸附量的關(guān)系曲線圖（pH值11.03，HBP-NH2濃度20 g/L，接枝反應(yīng)時(shí)間 2 h）。由圖 5 可知，隨著溫度的升高，HBP-NH2接枝氧化棉纖維對(duì)Cd2+吸附容量逐漸增加并趨于穩(wěn)定，但是當(dāng)溫度超過(guò)80 ℃時(shí)，其對(duì)Cd2+的吸附量又會(huì)大大增加。這是因?yàn)殡S著接枝溫度的升高，HBP-NH2分子熱運(yùn)動(dòng)速度加快，反應(yīng)活性增加，因而HBP-NH2接枝率也相應(yīng)提高，HBP-NH2改性棉纖維對(duì)Cd2+的吸附量亦隨之增加。另外溫度在60 ～ 80 ℃時(shí)，HBP-NH2與氧化棉纖維表面的醛基反應(yīng)活性較高，其表面的醛基基本完全反應(yīng)，故所制備HBPNH2改性棉纖維對(duì)Cd2+吸附量基本相同。但當(dāng)溫度超過(guò)80℃時(shí)，棉纖維顯著膨脹，棉纖維內(nèi)部的結(jié)晶區(qū)在水分子作用下轉(zhuǎn)變成無(wú)定形區(qū)，提供了更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，故相應(yīng)HBP-NH2接枝率亦增加，并最終導(dǎo)致Cd2+吸附量的增加。雖然90 ℃時(shí)吸附性能最好，但對(duì)HBP-NH2改性棉纖維損傷較嚴(yán)重，部分纖維出現(xiàn)粉末化現(xiàn)象。故綜合考慮吸附效果及纖維強(qiáng)度，反應(yīng)的最佳溫度應(yīng)設(shè)定為70 ℃。

3 結(jié)論

（1）本研究以棉纖維為基體，通過(guò)高碘酸鈉選擇性氧化，然后接枝HBP-NH2，成功制備了HBP-NH2改性棉纖維吸附劑；（2）以該吸附劑對(duì)Cd2+的吸附量為依據(jù)對(duì)吸附劑的制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳工藝條件為：在20 g/L HBP-NH2溶液中，pH值為11.03條件下，70 ℃接枝反應(yīng) 2 h；（3）所制備的HBP-NH2接枝氧化棉纖維可以有效去除廢液中的重金屬鎘，對(duì)Cd2+的最大吸附量達(dá)到38.94 mg/g。

參考文獻(xiàn)

[1] 薄梅花，葉葶葶.鎘的危害作用與生理監(jiān)測(cè)[J].勞動(dòng)醫(yī)學(xué)，1999，16（1）：44-46.

[2] 曾江萍，汪模輝.含鎘廢水處理現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古石油化工，2007（11）：5-7.

[3] 王華，何玉鳳，何文娟，等.纖維素的改性及在廢水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2012，38（5）：1-6.

[4] 張峰.超支化聚合物的制備及對(duì)棉纖維的功能化改性[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2009.

[5] Gao C，Yan D.Hyperbranched polymers： from synthesis to applications[J].Progress in Polymer Science，2004，29（3）：183-275.

[6] 汪守建，王壽武，史繼斌，等.端氨基超支化合物的粘度的研究[J].浙江化工，2012，43（3）：27-29.

[7] 趙兵，張峰，林紅，等.氧化程度對(duì)端氨基超支化合物接枝氧化亞麻織物無(wú)鹽染色性能的影響[J].印染助劑，2010，27（9）：33-35.

[8] 錢軍民，李旭祥.高碘酸鈉氧化纖維素的研究[J].現(xiàn)代化工，2001，21（7）：27-30.

[9] 李芳清，吳志猛.改性桔子皮對(duì)重金屬Cu2+的吸附研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（33）：16445-16447.

2.1.2 掃描電鏡分析

為了分析接枝前后棉纖維表面形貌的變化，利用SEM對(duì)其進(jìn)行了觀察。從圖 2 可以看出，棉纖維經(jīng)氧化后，由于氧化劑的“剝皮反應(yīng)”，纖維表面出現(xiàn)了細(xì)小裂紋和不同深淺的縱向侵蝕條紋。經(jīng)HBP-NH2接枝處理后，棉纖維表面的溝槽明顯減少，并且變得光滑。說(shuō)明接枝HBP-NH2能夠?qū)γ蘩w維的表面起修飾作用，在纖維表面上形成了一層覆蓋膜。

2.2.1 HBP-NH2濃度的影響

為了獲得具有較高吸附容量的HBP-NH2改性棉纖維，對(duì)其接枝工藝進(jìn)行了優(yōu)化。首先利用不同濃度的HBP-NH2溶液在pH值為11.03、溫度為70 ℃的條件下接枝反應(yīng) 2 h，考察HBP-NH2濃度對(duì)所制備的吸附劑吸附性能的影響。圖3 是HBP-NH2濃度和接枝棉纖維吸附劑Cd2+吸附量的關(guān)系曲線圖。從圖 3 可以看出，隨著HBP-NH2溶液濃度的升高，HBP-NH2接枝氧化棉纖維對(duì)Cd2+的吸附量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。當(dāng)HBP-NH2溶液濃度為20 g/L時(shí)，對(duì)Cd2+的吸附量達(dá)到了最大值（34.48 mg/g）。主要原因是隨著HBP-NH2溶液濃度升高，醛基和HBP-NH2分子間接觸的幾率增大，HBP-NH2接枝率提高，因此制備的吸附劑上有更多的活性基團(tuán)可以用于Cd2+的吸附，Cd2+的吸附容量也隨之增大。

當(dāng)HBP-NH2濃度大于20 g/L時(shí)，繼續(xù)增加HBP-NH2濃度，反而不利于HBP-NH2棉纖維對(duì)Cd2+的吸附。因?yàn)槔^續(xù)提高HBP-NH2的濃度雖然可能會(huì)提高其接枝率，但是HBPNH2棉纖維的粘度也隨之增加（接枝的HBP-NH2過(guò)多，氨基基團(tuán)之間會(huì)形成氫鍵締合），這導(dǎo)致制備的HBP-NH2棉纖維之間容易發(fā)生黏連，而使其比表面積大大降低。因此，棉纖維基吸附劑對(duì)Cd2+的吸附容量先升高然后再逐漸下降，HBP-NH2溶液的最優(yōu)濃度應(yīng)設(shè)定為20 g/L。

2.2.2 接枝時(shí)間的影響

圖 4 是接枝時(shí)間和HBP-NH2接枝棉纖維吸附劑Cd2+吸附量的關(guān)系曲線圖（pH值11.03，HBP-NH2濃度20 g/L，接枝反應(yīng)溫度70 ℃）。由圖 4 可知，接枝時(shí)間延長(zhǎng)，HBP-NH2接枝棉纖維對(duì)Cd2+的吸附量增加，但超過(guò) 2 h后，其對(duì)Cd2+的吸附容量略有降低。這是因?yàn)楫?dāng)接枝時(shí)間逐漸增加時(shí)， HBP-NH2與氧化棉上的醛基逐漸反應(yīng)，接枝率逐漸增加并達(dá)到最大值（2 h時(shí)）。繼續(xù)延長(zhǎng)接枝時(shí)間，雖然其接枝的HBP-NH2會(huì)繼續(xù)增加，但其水溶性也會(huì)不斷增加，最終導(dǎo)致HBP-NH2改性棉纖維的產(chǎn)率大大降低。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接枝時(shí)間為 5 h時(shí)，HBP-NH2改性棉纖維產(chǎn)率僅為75%。綜上分析，最佳接枝時(shí)間為 2 h。

2.2.3 溫度的影響

圖 5 是接枝溫度和HBP-NH2接枝棉纖維吸附劑Cd2+吸附量的關(guān)系曲線圖（pH值11.03，HBP-NH2濃度20 g/L，接枝反應(yīng)時(shí)間 2 h）。由圖 5 可知，隨著溫度的升高，HBP-NH2接枝氧化棉纖維對(duì)Cd2+吸附容量逐漸增加并趨于穩(wěn)定，但是當(dāng)溫度超過(guò)80 ℃時(shí)，其對(duì)Cd2+的吸附量又會(huì)大大增加。這是因?yàn)殡S著接枝溫度的升高，HBP-NH2分子熱運(yùn)動(dòng)速度加快，反應(yīng)活性增加，因而HBP-NH2接枝率也相應(yīng)提高，HBP-NH2改性棉纖維對(duì)Cd2+的吸附量亦隨之增加。另外溫度在60 ～ 80 ℃時(shí)，HBP-NH2與氧化棉纖維表面的醛基反應(yīng)活性較高，其表面的醛基基本完全反應(yīng)，故所制備HBPNH2改性棉纖維對(duì)Cd2+吸附量基本相同。但當(dāng)溫度超過(guò)80℃時(shí)，棉纖維顯著膨脹，棉纖維內(nèi)部的結(jié)晶區(qū)在水分子作用下轉(zhuǎn)變成無(wú)定形區(qū)，提供了更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，故相應(yīng)HBP-NH2接枝率亦增加，并最終導(dǎo)致Cd2+吸附量的增加。雖然90 ℃時(shí)吸附性能最好，但對(duì)HBP-NH2改性棉纖維損傷較嚴(yán)重，部分纖維出現(xiàn)粉末化現(xiàn)象。故綜合考慮吸附效果及纖維強(qiáng)度，反應(yīng)的最佳溫度應(yīng)設(shè)定為70 ℃。

3 結(jié)論

（1）本研究以棉纖維為基體，通過(guò)高碘酸鈉選擇性氧化，然后接枝HBP-NH2，成功制備了HBP-NH2改性棉纖維吸附劑；（2）以該吸附劑對(duì)Cd2+的吸附量為依據(jù)對(duì)吸附劑的制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳工藝條件為：在20 g/L HBP-NH2溶液中，pH值為11.03條件下，70 ℃接枝反應(yīng) 2 h；（3）所制備的HBP-NH2接枝氧化棉纖維可以有效去除廢液中的重金屬鎘，對(duì)Cd2+的最大吸附量達(dá)到38.94 mg/g。

參考文獻(xiàn)

[1] 薄梅花，葉葶葶.鎘的危害作用與生理監(jiān)測(cè)[J].勞動(dòng)醫(yī)學(xué)，1999，16（1）：44-46.

[2] 曾江萍，汪模輝.含鎘廢水處理現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古石油化工，2007（11）：5-7.

[3] 王華，何玉鳳，何文娟，等.纖維素的改性及在廢水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2012，38（5）：1-6.

[4] 張峰.超支化聚合物的制備及對(duì)棉纖維的功能化改性[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2009.

[5] Gao C，Yan D.Hyperbranched polymers： from synthesis to applications[J].Progress in Polymer Science，2004，29（3）：183-275.

[6] 汪守建，王壽武，史繼斌，等.端氨基超支化合物的粘度的研究[J].浙江化工，2012，43（3）：27-29.

[7] 趙兵，張峰，林紅，等.氧化程度對(duì)端氨基超支化合物接枝氧化亞麻織物無(wú)鹽染色性能的影響[J].印染助劑，2010，27（9）：33-35.

[8] 錢軍民，李旭祥.高碘酸鈉氧化纖維素的研究[J].現(xiàn)代化工，2001，21（7）：27-30.

[9] 李芳清，吳志猛.改性桔子皮對(duì)重金屬Cu2+的吸附研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（33）：16445-16447.

2.1.2 掃描電鏡分析

為了分析接枝前后棉纖維表面形貌的變化，利用SEM對(duì)其進(jìn)行了觀察。從圖 2 可以看出，棉纖維經(jīng)氧化后，由于氧化劑的“剝皮反應(yīng)”，纖維表面出現(xiàn)了細(xì)小裂紋和不同深淺的縱向侵蝕條紋。經(jīng)HBP-NH2接枝處理后，棉纖維表面的溝槽明顯減少，并且變得光滑。說(shuō)明接枝HBP-NH2能夠?qū)γ蘩w維的表面起修飾作用，在纖維表面上形成了一層覆蓋膜。

2.2.1 HBP-NH2濃度的影響

為了獲得具有較高吸附容量的HBP-NH2改性棉纖維，對(duì)其接枝工藝進(jìn)行了優(yōu)化。首先利用不同濃度的HBP-NH2溶液在pH值為11.03、溫度為70 ℃的條件下接枝反應(yīng) 2 h，考察HBP-NH2濃度對(duì)所制備的吸附劑吸附性能的影響。圖3 是HBP-NH2濃度和接枝棉纖維吸附劑Cd2+吸附量的關(guān)系曲線圖。從圖 3 可以看出，隨著HBP-NH2溶液濃度的升高，HBP-NH2接枝氧化棉纖維對(duì)Cd2+的吸附量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。當(dāng)HBP-NH2溶液濃度為20 g/L時(shí)，對(duì)Cd2+的吸附量達(dá)到了最大值（34.48 mg/g）。主要原因是隨著HBP-NH2溶液濃度升高，醛基和HBP-NH2分子間接觸的幾率增大，HBP-NH2接枝率提高，因此制備的吸附劑上有更多的活性基團(tuán)可以用于Cd2+的吸附，Cd2+的吸附容量也隨之增大。

當(dāng)HBP-NH2濃度大于20 g/L時(shí)，繼續(xù)增加HBP-NH2濃度，反而不利于HBP-NH2棉纖維對(duì)Cd2+的吸附。因?yàn)槔^續(xù)提高HBP-NH2的濃度雖然可能會(huì)提高其接枝率，但是HBPNH2棉纖維的粘度也隨之增加（接枝的HBP-NH2過(guò)多，氨基基團(tuán)之間會(huì)形成氫鍵締合），這導(dǎo)致制備的HBP-NH2棉纖維之間容易發(fā)生黏連，而使其比表面積大大降低。因此，棉纖維基吸附劑對(duì)Cd2+的吸附容量先升高然后再逐漸下降，HBP-NH2溶液的最優(yōu)濃度應(yīng)設(shè)定為20 g/L。

2.2.2 接枝時(shí)間的影響

圖 4 是接枝時(shí)間和HBP-NH2接枝棉纖維吸附劑Cd2+吸附量的關(guān)系曲線圖（pH值11.03，HBP-NH2濃度20 g/L，接枝反應(yīng)溫度70 ℃）。由圖 4 可知，接枝時(shí)間延長(zhǎng)，HBP-NH2接枝棉纖維對(duì)Cd2+的吸附量增加，但超過(guò) 2 h后，其對(duì)Cd2+的吸附容量略有降低。這是因?yàn)楫?dāng)接枝時(shí)間逐漸增加時(shí)， HBP-NH2與氧化棉上的醛基逐漸反應(yīng)，接枝率逐漸增加并達(dá)到最大值（2 h時(shí)）。繼續(xù)延長(zhǎng)接枝時(shí)間，雖然其接枝的HBP-NH2會(huì)繼續(xù)增加，但其水溶性也會(huì)不斷增加，最終導(dǎo)致HBP-NH2改性棉纖維的產(chǎn)率大大降低。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接枝時(shí)間為 5 h時(shí)，HBP-NH2改性棉纖維產(chǎn)率僅為75%。綜上分析，最佳接枝時(shí)間為 2 h。

2.2.3 溫度的影響

圖 5 是接枝溫度和HBP-NH2接枝棉纖維吸附劑Cd2+吸附量的關(guān)系曲線圖（pH值11.03，HBP-NH2濃度20 g/L，接枝反應(yīng)時(shí)間 2 h）。由圖 5 可知，隨著溫度的升高，HBP-NH2接枝氧化棉纖維對(duì)Cd2+吸附容量逐漸增加并趨于穩(wěn)定，但是當(dāng)溫度超過(guò)80 ℃時(shí)，其對(duì)Cd2+的吸附量又會(huì)大大增加。這是因?yàn)殡S著接枝溫度的升高，HBP-NH2分子熱運(yùn)動(dòng)速度加快，反應(yīng)活性增加，因而HBP-NH2接枝率也相應(yīng)提高，HBP-NH2改性棉纖維對(duì)Cd2+的吸附量亦隨之增加。另外溫度在60 ～ 80 ℃時(shí)，HBP-NH2與氧化棉纖維表面的醛基反應(yīng)活性較高，其表面的醛基基本完全反應(yīng)，故所制備HBPNH2改性棉纖維對(duì)Cd2+吸附量基本相同。但當(dāng)溫度超過(guò)80℃時(shí)，棉纖維顯著膨脹，棉纖維內(nèi)部的結(jié)晶區(qū)在水分子作用下轉(zhuǎn)變成無(wú)定形區(qū)，提供了更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，故相應(yīng)HBP-NH2接枝率亦增加，并最終導(dǎo)致Cd2+吸附量的增加。雖然90 ℃時(shí)吸附性能最好，但對(duì)HBP-NH2改性棉纖維損傷較嚴(yán)重，部分纖維出現(xiàn)粉末化現(xiàn)象。故綜合考慮吸附效果及纖維強(qiáng)度，反應(yīng)的最佳溫度應(yīng)設(shè)定為70 ℃。

3 結(jié)論

（1）本研究以棉纖維為基體，通過(guò)高碘酸鈉選擇性氧化，然后接枝HBP-NH2，成功制備了HBP-NH2改性棉纖維吸附劑；（2）以該吸附劑對(duì)Cd2+的吸附量為依據(jù)對(duì)吸附劑的制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳工藝條件為：在20 g/L HBP-NH2溶液中，pH值為11.03條件下，70 ℃接枝反應(yīng) 2 h；（3）所制備的HBP-NH2接枝氧化棉纖維可以有效去除廢液中的重金屬鎘，對(duì)Cd2+的最大吸附量達(dá)到38.94 mg/g。

參考文獻(xiàn)

[1] 薄梅花，葉葶葶.鎘的危害作用與生理監(jiān)測(cè)[J].勞動(dòng)醫(yī)學(xué)，1999，16（1）：44-46.

[2] 曾江萍，汪模輝.含鎘廢水處理現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古石油化工，2007（11）：5-7.

[3] 王華，何玉鳳，何文娟，等.纖維素的改性及在廢水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2012，38（5）：1-6.

[4] 張峰.超支化聚合物的制備及對(duì)棉纖維的功能化改性[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2009.

[5] Gao C，Yan D.Hyperbranched polymers： from synthesis to applications[J].Progress in Polymer Science，2004，29（3）：183-275.

[6] 汪守建，王壽武，史繼斌，等.端氨基超支化合物的粘度的研究[J].浙江化工，2012，43（3）：27-29.

[7] 趙兵，張峰，林紅，等.氧化程度對(duì)端氨基超支化合物接枝氧化亞麻織物無(wú)鹽染色性能的影響[J].印染助劑，2010，27（9）：33-35.

[8] 錢軍民，李旭祥.高碘酸鈉氧化纖維素的研究[J].現(xiàn)代化工，2001，21（7）：27-30.

[9] 李芳清，吳志猛.改性桔子皮對(duì)重金屬Cu2+的吸附研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（33）：16445-16447.