重金屬吸附劑巰基乙酰化小麥秸稈的制備與表征

王剛，劉秀蕓，KEOKHOUNYING Vilasith，劉晟

(蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

小麥秸稈的資源化利用引起了研究者的關(guān)注，目前小麥秸稈作為原料主要用于飼料加工、肥料生產(chǎn)、材料合成、生物炭制備等方面[1-7]。小麥秸稈由于結(jié)構(gòu)的特殊性，可吸附廢水中的重金屬離子[8-9]，但存在吸附速率慢、吸附容量小、去除效率低等缺點(diǎn)[10-11]。若將小麥秸稈進(jìn)行改性，可提高其對(duì)重金屬的吸附能力。小麥秸稈的改性方法主要有氨化、微波熱解、堿磁復(fù)合、黃原酸化等[12-15]，但這些方法對(duì)重金屬吸附能力的提高仍有限。

本研究采用巰基乙酸對(duì)小麥秸稈進(jìn)行改性，制備出重金屬吸附劑-巰基乙酰化小麥秸稈(MAWS)，考察MAWS制備過(guò)程中的影響因素，確定制備條件，探討制備機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

巰基乙酸(TGA)、碳二亞胺鹽酸鹽(EDC·HCl)、N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)、對(duì)甲基苯磺酸(PTSA)、氫氧化鈉、氯化鎘等均為分析純。。

101-AB型電熱干燥箱；JB-2型恒溫磁力攪拌器；CHA-SA型數(shù)顯氣浴恒溫振蕩器；220FS型原子吸收分光光度計(jì)；VERTEX70型紅外-拉曼光譜儀；JSM-5600LV型低真空掃描電子顯微鏡；TriStarII 3020型全自動(dòng)比表面積及孔隙度分析儀。

1.2 MAWS的制備

1.2.1 小麥秸稈的預(yù)處理 將采集的小麥秸稈曬干，去枯葉，切段，洗滌，風(fēng)干。用粉碎機(jī)粉碎，過(guò)標(biāo)準(zhǔn)篩，得到不同粒徑的小麥秸稈粒，采用電熱干燥箱于50 ℃下烘干24 h，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 MAWS制備 準(zhǔn)確稱取2.0 g預(yù)處理后粒徑為20目的小麥秸稈(WS)于三口瓶中，依次加入50 mL蒸餾水、2.214 g EDC·HCl、1.660 g NHS和8.0 mL TGA，置于恒溫磁力攪拌器上，攪拌混勻。用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值到5.0。調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度為40 ℃，攪拌反應(yīng)2.0 h。抽濾，用蒸餾水沖洗濾渣至濾液pH值恒定后，置于電熱干燥箱中，于50 ℃溫度下烘干24 h，制得巰基乙酰化小麥秸稈(MAWS)。

1.3 MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附

1.3.1 含Cd(Ⅱ)水樣的配制 稱取氯化鎘(CdCl2·2.5H2O)固體，溶于蒸餾水中，配制成Cd(Ⅱ)濃度為10 000 mg/L的儲(chǔ)備液。取儲(chǔ)備液用自來(lái)水稀釋成Cd(Ⅱ)濃度為50 mg/L，并用HCl溶液調(diào)節(jié)其pH值為6.0，作為吸附實(shí)驗(yàn)的含Cd(Ⅱ)水樣。

1.3.2 吸附實(shí)驗(yàn) 分別準(zhǔn)確稱取0.200 g的MAWS和移取20.0 mL含Cd(Ⅱ)水樣，加入到 50 mL 碘量瓶中，置于數(shù)顯氣浴恒溫振蕩器中，調(diào)節(jié)溫度為40 ℃，振蕩速率為200 r/min，恒溫振蕩2 h。取出碘量瓶，靜置10 min。用濾紙過(guò)濾，采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定濾液中Cd(Ⅱ)的剩余濃度，分析波長(zhǎng)為228.8 nm。根據(jù)式(1)和式(2)分別計(jì)算MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的去除率(η)和吸附量(Q)。

(1)

(2)

式中η——水樣中Cd(Ⅱ)的去除率，%；

Q——MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的吸附量，mg/g；

C0——吸附前Cd(Ⅱ)初始濃度，mg/L；

C——吸附后Cd(Ⅱ)剩余濃度，mg/L；

m——加入吸附劑MAWS的質(zhì)量，g；

V——含Cd(Ⅱ)水樣的體積，mL。

1.4 樣品的表征

采用紅外-拉曼光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜分析測(cè)定；利用低真空掃描電子顯微鏡在不同倍數(shù)下觀察樣品的表面形貌；采用全自動(dòng)比表面積及孔隙度分析儀對(duì)樣品分別進(jìn)行BET比表面積分析和介孔全分析測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 MAWS制備條件

2.1.1 小麥秸稈粒徑的影響 圖1為小麥秸稈(WS)粒徑對(duì)所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量的影響。WS質(zhì)量2.0 g，反應(yīng)物WS和TGA質(zhì)量體積比1∶5，反應(yīng)介質(zhì)pH值5.0，反應(yīng)溫度25 ℃，反應(yīng)時(shí)間2.0 h。

圖1 MAWS制備中WS粒徑的影響Fig.1 Effect of WS particle size on MAWS preparation

由圖1可知，MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量均隨著WS粒徑的減小(即目數(shù)的增加)而先增大后略有減小，WS粒徑為20目(0.90 mm)，所制備的MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的去除效果最好，為 56.3%，吸附量為3.330 mg/g。WS粒徑對(duì)MAWS制備影響的原因可能為：WS粒徑越小，其比表面積越大，在MAWS制備過(guò)程中能夠參與反應(yīng)的位點(diǎn)越多[12]，接枝到WS分子鏈上的巰基(—SH)含量越多，所制備的MAWS對(duì)水樣中 Cd(Ⅱ)的吸附能力越強(qiáng)，Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量越高；但WS的粒徑太小時(shí)，容易出現(xiàn)微粉化作用使其空間結(jié)構(gòu)遭到破壞[16]，不利于WS與TGA發(fā)生反應(yīng)，降低了MAWS分子鏈上巰基(—SH)的含量，從而降低MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附性能。因此，MAWS制備條件中WS的最佳粒徑選取20目(0.90 mm)。

2.1.2 反應(yīng)物比例的影響 圖2為反應(yīng)物WS和TGA質(zhì)量體積比例對(duì)所制備的MAWS對(duì)水樣中 Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量的影響。WS粒徑20目，WS質(zhì)量2.0 g，反應(yīng)介質(zhì)pH值5.0，反應(yīng)溫度 25 ℃，反應(yīng)時(shí)間2.0 h。

圖2 MAWS制備中反應(yīng)物比例的影響Fig.2 Effect of reactant ratio on MAWS preparation

由圖2可知，MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量均隨著反應(yīng)物比例(WS∶TGA)中TGA量的增加而先升高后降低，反應(yīng)物WS和TGA的質(zhì)量體積比為1∶4時(shí)，所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除效果最好，Cd(Ⅱ)的去除率為54.2%，吸附量為3.130 mg/g。由于小麥秸稈分子結(jié)構(gòu)中的羥基間易形成氫鍵，使得大部分羥基被封閉起來(lái)，導(dǎo)致發(fā)生化學(xué)反應(yīng)具有不均一性，阻礙了改性反應(yīng)的順利進(jìn)行。將原料WS在酸性介質(zhì)中與TGA中的羧基發(fā)生酯化反應(yīng)生成相應(yīng)的酯，該酯中保留了TGA分子中的巰基(—SH)，從而在WS分子結(jié)構(gòu)中引入含硫基團(tuán)巰基(—SH)官能團(tuán)，制備出MAWS。通過(guò)酯化反應(yīng)，可使WS分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵減少或消失，從而減弱分子間的相互作用力，有利于改性反應(yīng)的進(jìn)行。因此，提高TGA的量會(huì)使制備的MAWS分子鏈中擁有更多的巰基(—SH)，可提高M(jìn)AWS對(duì)Cd(Ⅱ)的去除效果；但制備反應(yīng)中TGA的量加入過(guò)多，一方面會(huì)增加制備成本，另一方面可能發(fā)生一些副反應(yīng)[17]，不利于MAWS的制備。因此，選取MAWS制備條件中WS∶TGA最佳為1∶4(g/mL)。

2.1.3 反應(yīng)介質(zhì)pH值的影響 圖3為反應(yīng)介質(zhì)pH值對(duì)所制備的MAWS對(duì)水樣中 Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量的影響。WS粒徑20目，WS質(zhì)量 2.0 g，反應(yīng)物WS和TGA質(zhì)量體積比1∶4，反應(yīng)溫度25 ℃，反應(yīng)時(shí)間2.0 h。

由圖3可知，MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量均隨著反應(yīng)介質(zhì)pH值的增大而先增大后減小(pH值為4.0時(shí)除外)，pH值為5.0時(shí)，所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除效果最好，為 50.3%，吸附量為2.401 mg/g。因?yàn)榉磻?yīng)介質(zhì)pH值較低時(shí)，WS與TGA通過(guò)酯化反應(yīng)制備的MAWS酸化度高，H+含量較多，MAWS去除水樣中的 Cd(Ⅱ)時(shí)由于H+與Cd(Ⅱ)對(duì)吸附位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)作用，減弱了MAWS與Cd(Ⅱ)的吸附能力，Cd(Ⅱ)的去除效果不佳。pH值過(guò)高時(shí)，反應(yīng)物TGA中的巰基(—SH)容易被氧化生成二硫鍵[12，17]，實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，pH值為6.0時(shí)制備反應(yīng)體系出現(xiàn)明顯粉紅色，表明巰基(—SH)已被氧化，不利于MAWS的制備，減弱了MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的去除效果。因此，選取MAWS制備條件中最佳反應(yīng)介質(zhì)pH值為5.0。

圖3 MAWS制備中反應(yīng)介質(zhì)pH值的影響Fig.3 Effect of pH value of the reaction medium on MAWS preparation

2.1.4 反應(yīng)溫度的影響 圖4為反應(yīng)溫度對(duì)所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量的影響。WS粒徑20目，WS質(zhì)量2.0 g，反應(yīng)物WS和TGA質(zhì)量體積比1∶4，反應(yīng)介質(zhì)pH值5.0，反應(yīng)時(shí)間2.0 h。

圖4 MAWS制備中反應(yīng)溫度的影響Fig.4 Effect of reaction temperature on MAWS preparation

由圖4可知，MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量隨著反應(yīng)溫度的升高而先升高后略有降低，反應(yīng)溫度為40 ℃時(shí)，所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除效果最好，為 61.1%，吸附量為 3.037 mg/g；反應(yīng)溫度為45 ℃時(shí)制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除效果與此相差不大。因此，綜合考慮MAWS制備過(guò)程中能耗以及MAWS對(duì) Cd(Ⅱ)的去除效果，選取MAWS制備條件中最佳反應(yīng)溫度為40 ℃。反應(yīng)溫度較低時(shí)，MAWS制備過(guò)程中反應(yīng)物WS與TGA的酯化反應(yīng)速率較慢，所制備的MAWS分子鏈中巰基(—SH)含量較低，Cd(Ⅱ)的去除率相對(duì)較小；當(dāng)升高反應(yīng)溫度后，可加快MAWS制備過(guò)程中酯化反應(yīng)的速率，提高了MAWS分子鏈中巰基(—SH)的含量，Cd(Ⅱ)的去除率隨之升高；繼續(xù)升高反應(yīng)溫度，可能會(huì)加劇WS分子結(jié)構(gòu)中活性基團(tuán)的水解作用和TGA的氧化作用[12]，減少了MAWS分子鏈中巰基(—SH)的含量，MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的去除率有所降低。

2.1.5 反應(yīng)時(shí)間的影響 圖5為反應(yīng)時(shí)間對(duì)所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量的影響。WS粒徑20目，WS質(zhì)量2.0 g，反應(yīng)物WS和TGA質(zhì)量體積比1∶4，反應(yīng)介質(zhì)pH值5.0，反應(yīng)溫度40 ℃。

圖5 MAWS制備中反應(yīng)時(shí)間的影響Fig.5 Effect of reaction time on MAWS preparation

由圖5可知，MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量隨著反應(yīng)時(shí)間的增大而先升高后降低，反應(yīng)時(shí)間為2.0 h時(shí)，所制備的MAWS對(duì)水樣中 Cd(Ⅱ)的去除效果最好，為 58.9%，吸附量為 3.192 mg/g。反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)，MAWS制備過(guò)程中反應(yīng)物WS與TGA的酯化反應(yīng)不充分，增加反應(yīng)時(shí)間可促使反應(yīng)進(jìn)行得更完全；但反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，MAWS分子結(jié)構(gòu)中的巰基(—SH)可能會(huì)被氧化，使其含量降低，導(dǎo)致MAWS除Cd(Ⅱ)效果變差。因此，選取MAWS制備條件中最佳反應(yīng)時(shí)間為2.0 h。

2.1.6 催化劑EDC·HCl的影響 圖6為催化劑碳二亞胺鹽酸鹽(EDC·HCl)用量對(duì)所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量的影響。WS粒徑20目，WS質(zhì)量2.0 g，反應(yīng)物WS和TGA質(zhì)量體積比1∶4，反應(yīng)介質(zhì)pH值5.0，反應(yīng)溫度40 ℃，反應(yīng)時(shí)間2.0 h。

圖6 MAWS制備中EDC·HCl的影響Fig.6 Effect of EDC·HCl on MAWS preparation

由前述結(jié)果可知，所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率偏低。為了促進(jìn)反應(yīng)物WS與TGA之間酯化反應(yīng)的進(jìn)行，通常選用碳二亞胺鹽酸鹽(EDC·HCl)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)分別作為該類反應(yīng)的催化劑和活化劑[17]。由圖6可知，若固定活化劑NHS的用量，隨著催化劑EDC·HCl用量的增加，所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量均明顯增大，但繼續(xù)增加EDC·HCl的用量，Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量均有一定程度的減小，EDC·HCl和TGA的物質(zhì)的量比0.10∶1時(shí)，所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除效果最好，去除率為78.6%，吸附量為 3.666 mg/g。由于EDC·HCl能與TGA發(fā)生反應(yīng)生成活潑的酯中間體O— 酰基異脲，該中間體可以與WS分子結(jié)構(gòu)中的胺基(—NH2)發(fā)生反應(yīng)，生成酰胺鍵[18]，可加快WS與TGA的酯化反應(yīng)，增加了巰基(—SH)在WS分子鏈上的接枝率，提高了MAWS分子鏈上巰基(—SH)的含量，提升了MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附性能。但繼續(xù)增加 EDC·HCl 的用量，過(guò)量的 EDC·HCl 可能會(huì)導(dǎo)致生成的MAWS出現(xiàn)凝膠態(tài)，表面形成致密層，降低孔隙度[19]，從而降低MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附性能；此外，過(guò)量的EDC·HCl也可能會(huì)使制備體系中發(fā)生其他副反應(yīng)[12]，也可降低MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附效果。因此，MAWS制備條件中催化劑 EDC·HCl 的最佳用量選取為 EDC·HCl∶TGA=0.10∶1(物質(zhì)的量比)。

2.1.7 活化劑NHS的影響 圖7為活化劑N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)用量對(duì)所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量的影響。WS粒徑 20目，WS質(zhì)量2.0 g，反應(yīng)物WS和TGA質(zhì)量體積比1∶4，反應(yīng)介質(zhì)pH值5.0，反應(yīng)溫度40 ℃，反應(yīng)時(shí)間2.0 h，EDC·HCl和TGA物質(zhì)的量比為0.10∶1。

圖7 MAWS制備中NHS的影響Fig.7 Effect of NHS on MAWS preparation

由圖7可知，若固定催化劑EDC·HCl的用量，隨著活化劑NHS用量的增加，所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量均明顯升高，但繼續(xù)增加NHS的用量，制備的MAWS對(duì)水樣中 Cd(Ⅱ)的去除率和吸附量均略有降低，活化劑NHS用量為NHS與EDC·HCl的質(zhì)量比等于0.75∶1時(shí)，所制備的MAWS對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)的去除效果最好，去除率為83.5%，吸附量為3.933 mg/g。

EDC·HCl作為催化劑時(shí)，一般與NHS聯(lián)合使用，當(dāng)僅使用EDC·HCl時(shí)，制備體系中EDC·HCl會(huì)與羧基(—COOH)發(fā)生反應(yīng)生成中間體O-酰基異脲，該中間體不穩(wěn)定、易水解；若EDC·HCl與NHS聯(lián)合使用，NHS則能夠使中間體O-酰基異脲轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的另一中間體NHS酯，NHS酯再與WS分子鏈上胺基(—NH2)反應(yīng)形成酰胺鍵，進(jìn)而提高酯化反應(yīng)效率[20]。因此，加入活化劑NHS可提高所制備MAWS分子鏈中巰基(—SH)的含量，提升了MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附性能。但當(dāng)NHS過(guò)量后，會(huì)使制備反應(yīng)體系黏度增大，且NHS具有弱酸性[21]，這些均能阻礙反應(yīng)物WS與TGA之間發(fā)生有效反應(yīng)，從而減少了MAWS分子鏈中巰基(—SH)的含量，導(dǎo)致所制備的MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的去除率有所下降。因此，MAWS制備條件中活化劑NHS的最佳用量選取為NHS∶EDC·HCl等于0.75∶1(質(zhì)量比)，作為制備中NHS的量。

2.1.8 與其他制備方法的比較 綜上所述，重金屬吸附劑MAWS的最佳制備條件為：WS粒徑為 20目，反應(yīng)物WS和TGA的質(zhì)量體積比為1∶4，反應(yīng)介質(zhì)pH值為5.0，反應(yīng)溫度為40 ℃，反應(yīng)時(shí)間為2.0 h，EDC·HCl和TGA的物質(zhì)的量比為0.10∶1，NHS與EDC·HCl的質(zhì)量比為0.75∶1。與李榮華等[22]巰基乙酸改性玉米秸稈和鄧華等[23]巰基乙酸改性木薯秸稈的制備條件相比，本研究采用的原料種類和用量更少，反應(yīng)時(shí)間更短，且將易產(chǎn)生二次污染的有機(jī)溶劑反應(yīng)介質(zhì)替換為水溶劑。ciban等考察了小麥秸稈對(duì)水中Cd(Ⅱ)的最高去除率為 54.5%[9]，李志琳等研究的氨化改性小麥秸稈對(duì)水中Cd(Ⅱ)的最高去除率為74.3%[12]，而本研究的MAWS對(duì)水中Cd(Ⅱ)的去除率可達(dá) 83.5%(MAWS投加量為10 g/L)，表明通過(guò)巰基乙酸改性小麥秸稈制備的MAWS明顯提高了對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附能力。

2.2 MAWS投加量對(duì)吸附Cd(Ⅱ)的影響

將上述最佳制備條件下得到的MAWS作為吸附劑，以Cd(Ⅱ)濃度為50 mg/L、pH值為6.0的含Cd(Ⅱ)水樣為處理對(duì)象，MAWS投加量對(duì)水樣中Cd(Ⅱ)去除率以及吸附量的影響見(jiàn)圖8。

由圖8可知，水樣中Cd(Ⅱ)的去除率隨著MAWS投加量的增加而逐漸升高，而MAWS對(duì) Cd(Ⅱ)的吸附量隨著MAWS投加量的增加而逐漸降低；MAWS對(duì)水中Cd(Ⅱ)的最高去除率可達(dá) 92.1%(MAWS投加量為15 g/L)，最高吸附量為 5.800 mg/g(MAWS投加量為2.5 g/L)。當(dāng)MAWS投加量逐漸增加時(shí)，MAWS的吸附位點(diǎn)逐漸增多，能夠吸附水樣中較多的Cd(Ⅱ)，故Cd(Ⅱ)的去除率逐漸升高；由于水樣中Cd(Ⅱ)初始濃度較低，MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附未達(dá)到飽和吸附時(shí)，水樣中大部分Cd(Ⅱ)就被除去，表現(xiàn)出MAWS對(duì) Cd(Ⅱ)僅有較低的吸附量，當(dāng)MAWS投加量不斷增大，被除去的Cd(Ⅱ)將趨于穩(wěn)定，單位質(zhì)量MAWS吸附 Cd(Ⅱ)的量逐漸減少，故Cd(Ⅱ)的吸附量逐漸降低。

圖8 MAWS投加量對(duì)MAWS吸附Cu(Ⅱ)的影響Fig.8 Effect of MAWS dosage on adsorption of Cd(Ⅱ) with MAWS

2.3 結(jié)構(gòu)表征與機(jī)理分析

2.3.1 紅外光譜 圖9為WS和MAWS的紅外光譜圖。

圖9 WS和MAWS的紅外光譜Fig.9 FTIR spectra of WS and MAWS

2.3.2 掃描電鏡 圖10為WS和MAWS的表面形貌SEM圖。

圖10 WS和MAWS的掃描電鏡Fig.10 Scanning electron microscope of WS and MAWS a.WS；b.MAWS

由圖10可知，WS表面較光滑、呈溝壑狀，保持了纖維素的形態(tài)；經(jīng)改性后的MAWS基本骨架沒(méi)有發(fā)生變化，表面變得更加光滑，結(jié)構(gòu)也變得疏松，片狀結(jié)構(gòu)更加明顯，褶皺增多。表明WS原來(lái)較致密的纖維素結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致MAWS表面上的有效吸附位點(diǎn)增加，從而提高了其對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附性能。

2.3.3 比表面積及介孔 表1為WS和MAWS的BET比表面積分析和介孔全分析結(jié)果。

表1 WS與MAWS的比表面積及孔徑、孔容分布Table 1 Specific surface area，pore size and pore volume of WS and MAWS

由表1可知，WS經(jīng)過(guò)改性后，MAWS的比表面積較WS的比表面積減少了40.2%，孔徑減小了49.6%，孔容減小了86.8%。表明WS改性后，由于巰基(—SH)官能團(tuán)的引入，導(dǎo)致MAWS的比表面積、孔徑和孔容均有明顯的減小，但MAWS對(duì) Cd(Ⅱ)的吸附性能優(yōu)于改性前WS的吸附性能。由此可推斷出MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附機(jī)理可能主要取決于接枝的巰基(—SH)對(duì)Cd(Ⅱ)的螯合吸附，而不是MAWS的表面及其孔結(jié)構(gòu)對(duì)Cd(Ⅱ)的物理吸附。

3 結(jié)論

(1)小麥秸稈(WS)改性制備重金屬吸附劑巰基乙酰化小麥秸稈(MAWS)最佳條件：WS粒徑為20目，反應(yīng)物WS和TGA的質(zhì)量體積比為1∶4，反應(yīng)介質(zhì)pH值為5.0，反應(yīng)溫度為40 ℃，反應(yīng)時(shí)間為2.0 h，EDC·HCl和TGA的物質(zhì)的量比為0.10∶1，NHS與EDC·HCl的質(zhì)量比為0.75∶1；當(dāng)振蕩速率為200 r/min、吸附溫度為40 ℃、吸附時(shí)間為2 h時(shí)，MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的最高去除率為92.1%，最高吸附量為5.800 mg/g。

(2)在MAWS制備過(guò)程中聯(lián)合使用碳二亞胺鹽酸鹽(EDC·HCl)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)作為MAWS制備反應(yīng)中的催化劑和活化劑，可明顯提升所制備的MAWS對(duì)Cd(Ⅱ)的吸附性能。

(3)MAWS制備中的改性反應(yīng)主要發(fā)生在WS分子結(jié)構(gòu)的羥基(—OH)和胺基(—NH2)上，改性后MAWS的比表面積、孔徑和孔容均較改性前有了明顯的減小。