1、重金屬污染形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)五分之一的耕地面積不同程度上受到鎘、砷、鉛、鉻等重金屬的污染。有些重金屬通過(guò)植物吸收富集，然后進(jìn)入食物鏈，導(dǎo)致動(dòng)物致殘、致疾、致畸，甚至死亡，直接影響人類或其他動(dòng)物的健康安全。目前，重金屬的處理方法有很多，如膜分離法、化學(xué)沉淀法、離子交換法等，比較各種重金屬處理方法，其中吸附法更方便有效，尤其是可再生的生物資源吸附材料有更大的發(fā)展前景。此外，甘蔗是我國(guó)主要的糖料作物之一，廣西蔗糖產(chǎn)量占我國(guó)糖

2、產(chǎn)量的60％以上。甘蔗渣已經(jīng)成為廣西制漿造紙工業(yè)的重要原料。然而，占甘蔗質(zhì)量30％-35％的蔗髓，成為制糖、造紙工業(yè)的廢棄物，且產(chǎn)生量巨大。目前，蔗髓的利用率極低，大多被焚燒掉。因此，蔗髓生物質(zhì)資源的合理有效利用，可以大大提高制糖、造紙工業(yè)廢棄物的附加值，使其具有更大的發(fā)展空間。
　　 本研究采用化學(xué)方法對(duì)蔗髓進(jìn)行改性，制備重金屬離子的吸附材料，從蔗髓的主要成分纖維素、木素兩方面對(duì)蔗髓在改性過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行探討，并對(duì)改性

3、蔗髓的吸附重金屬離子的機(jī)理進(jìn)行研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：經(jīng)過(guò)環(huán)氧氨丙烷對(duì)堿預(yù)處理、高碘酸鈉氧化處理的蔗髓進(jìn)行交聯(lián)醚化，然后利用二乙烯三胺、甲醛在堿性條件下胺化改性，并探討了改性后蔗髓對(duì)重金屬的吸附性能。利用傅立葉紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡對(duì)改性前后蔗髓進(jìn)行表征分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蔗髓改性的最佳工藝為:環(huán)氧化改性的反應(yīng)溫度為30℃，環(huán)氧氯丙烷加入量為20ml，反應(yīng)時(shí)間為3.5h。胺化改性反應(yīng)時(shí)間為3h，反應(yīng)溫度為30℃，甲醛和二乙烯三胺的

4、加入量為7ml和5ml。紅外分析表明，改性后的蔗髓出現(xiàn)C=N、C-N、N-H的特征振動(dòng)峰。SEM對(duì)改性前后的表面結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)改性后的纖維表面存在許多卷曲、碎片。利用改性后的蔗髓對(duì)重金屬離子Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)進(jìn)行吸附研究，在pH=6.5，離子濃度為150mg/L，吸附時(shí)間為60min，對(duì)Cu、Pb的吸附量分別可以達(dá)到62.75mg/g和46.32mg/g，高于改性前蔗髓對(duì)Cu、Pb的吸附量8.25mg/g和17.85mg/g。經(jīng)過(guò)分

5、離蔗髓中的纖維素、木素，探討蔗髓纖維素、木素的改性工藝和吸附效果，并利用傅立葉紅外分析儀、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡等分析手段，尋找蔗髓中纖維、木素在蔗髓改性及重金屬吸附中的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蔗髓纖維改性的環(huán)氧化和胺化最佳工藝與蔗髓改性的相近，說(shuō)明蔗髓的改性與蔗髓中的纖維有很大的關(guān)系。木素環(huán)氧化改性和胺化改性，其最佳工藝與蔗髓改性的最優(yōu)條件有所差異。改性后木素的傅立葉紅外光譜分析表明，在改性過(guò)程中，木素中引入了環(huán)氧基、胺基和羰基。因

6、此，說(shuō)明蔗髓中木素參與蔗髓改性，但對(duì)蔗髓改性起到輔助作用。改性后的纖維、木素對(duì)Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附表明，蔗髓中纖維素的改性對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附有很大的貢獻(xiàn)，而蔗髓中的木素對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附有貢獻(xiàn)。此外，基于纖維素的氧化和降解反應(yīng)，建立了高碘酸鈉氧化纖維氧化降解動(dòng)力學(xué)方程，并引入損失單位纖維產(chǎn)生的醛基量的參數(shù)R對(duì)氧化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中高碘酸鈉氧化纖維的醛基產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)方程為[DGlc]=C0（C1-exp(-α1K1t））-α3K3t

7、，高碘酸鈉氧化降解纖維的動(dòng)力學(xué)方程為[L]=（α2K2+α3K3）t，其中K1、K2、K3均為動(dòng)力學(xué)參數(shù)。引入?yún)?shù)R來(lái)評(píng)價(jià)氧化反應(yīng)，其表達(dá)式為R=[DGlc]/[L]=MbmDGlc/MamL=Mb/Ma·F/L·（1-L）。用建立的模型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合分析，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與動(dòng)力學(xué)模型間有很好的擬合效果，因此利用其對(duì)高碘酸鈉氧化纖維進(jìn)行描述。分析表明高碘酸鈉濃度的變化對(duì)纖維的降解速率影響較小，而升高溫度在加快纖維上醛基的產(chǎn)生的同時(shí)

8、，也加速了纖維的降解。運(yùn)用量子化學(xué)理論，對(duì)纖維素、木素的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行計(jì)算，探討其反應(yīng)活性和在改性中反應(yīng)歷程。在DFT B3LYP/6-31G基組下，對(duì)環(huán)氧氯丙烷、纖維素的葡萄糖三糖單元、木素的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行量子化優(yōu)化計(jì)算，分別對(duì)其電荷分布、電子能級(jí)軌道進(jìn)行分析，并利用核磁共振對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析推測(cè)。結(jié)果表明，纖維素的反應(yīng)活性基團(tuán)主要分布在分子鏈中的葡萄糖基單元上的C2、C3和C6位的羥基上。木素的結(jié)構(gòu)單元的酚羥基具有很高的反應(yīng)活性，容易受到

9、親核試劑進(jìn)攻，且反應(yīng)活性順序?yàn)?紫丁香基苯丙烷的酚羥基＞愈創(chuàng)木酚基丙烷酚羥基。對(duì)羥苯基丙烷和愈創(chuàng)木酚基丙烷的酚羥基鄰位C上分布的電荷在-0.15eV和-0.16eV之間，對(duì)H的束縛較弱，因此，在甲醛的質(zhì)子化作用下，使木素單元上活潑氫脫除。、改性蔗髓吸附機(jī)理的研究，主要從吸附動(dòng)力學(xué)模型的擬合、吸附控制模型的擬合及吸附前后傅立葉紅外光譜分析三方面進(jìn)行探討。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)一級(jí)模型和準(zhǔn)二級(jí)吸附模型都可以較好的描述對(duì)改性后的蔗髓、蔗髓纖維素和木素對(duì)

10、重金屬Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)吸附過(guò)程。Webber擴(kuò)散控制模型可以分兩個(gè)階段描述吸附過(guò)程;粒子外擴(kuò)散模型可以較好描述吸附初始階段，粒子內(nèi)擴(kuò)散控制模型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的擬合效果較差。、為了探討改性蔗髓對(duì)重金屬離子吸附的活性位點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)改性纖維和木素吸附重金屬離子前后的紅外光譜變化進(jìn)行了分析，考察吸附重金屬前后各官能團(tuán)振動(dòng)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：改性后的纖維中的NH2與OH或醚鍵中的C-O-C參與了重金屬離子的吸附，改性木素中的酚羥基、胺基對(duì)重金屬離