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重金属离子对环境的污染，尤其对水质的污染早已成为影响人类及其它生物生存环境的重大问题。寻求物美价廉，既不污染环境又能有效脱除重金属离子的吸附剂，在环境保护和资源回收等方面有着重要的研究价值和广泛的应用前景。自然界中广泛存在的纤维素材料，由于其比表面积大、吸附性能好、来源广泛、易于化学改性等优点，受到了人们越来越多的重视，是目前重金属废水处理的研究热点。本论文选用制糖工业废弃物甘蔗渣为原料，对其进行化学改性制备了一系列重金属离子吸附剂，并通过对水溶液中金属离子吸附性能的研究，考察了改性甘蔗渣的吸附性能。本研究使用多种分析方法如红外光谱分析、热分析、元素分析方法等，对改性前后甘蔗渣进行了表征和研究。通过实验，考察了在不同添加量、pH值、温度、离子初始浓度、吸附时间等条件下，改性甘蔗渣对金属阳离子的吸附效果，并对吸附热力学及吸附动力学进行了研究。主要研究内容及结果如下：
甘蔗渣用丙烯腈、羟胺和三氯氧磷进行了化学改性，改性过程中反应物料配比、反应温度和反应时间等因素影响改性甘蔗渣吸附剂中功能基团的含量。在改性过程中，随着改性剂用量的增加、反应温度和反应时间的提高，在甘蔗渣吸附剂中所引入的吸附基团含量是逐渐增加的。
利用红外光谱法(FT-IR)研究了改性前后甘蔗渣结构的变化，发现改性后的甘蔗渣中引入了新的吸附功能基团胺肟基团和磷酸基团，并且随着改性时间的增加，功能基团的含量逐渐增多。通过元素分析法测定了改性前后甘蔗渣中元素含量的变化，经过丙烯腈和盐酸羟胺改性的甘蔗渣的含氮量为13.64％，约为改性前甘蔗渣含氮量的8.5倍。X射线衍射图分析表明，衍射曲线中主峰高度降低，这表明改性后甘蔗渣的结晶度降低。改性甘蔗渣性质的变化，使得改性甘蔗渣对水溶液中的金属离子有较强的吸附能力。
通过用吸附实验研究了不同吸附条件(吸附剂添加量、pH值、温度、初始离子浓度、吸附时间等)下，改性甘蔗渣对铜离子的吸附性能。结果表明，随着吸附剂添加量的增加，甘蔗渣吸附剂对水溶液中金属离子的去除率逐渐增大，但是单位重量吸附剂对铜离子的吸附量逐渐降低。随着离子溶液pH值的提高，改性甘蔗渣对金属铜离子的吸附量逐渐增多。在不同初始浓度条件下，改性甘蔗渣对水中铜离子的吸附动力学曲线有相同的趋势，首先是快速吸附过程，然后吸附量缓慢增加，最后达到吸附平衡，吸附量随着离子初始浓度的增加而增加。当温度从30℃增加到60℃，含有胺肟基团的改性甘蔗渣吸附剂对铜离子吸附量的实验值从27.61 mg/g逐渐降低到19.47 mg/g，而含有磷酸基团的改性甘蔗渣对铜离子的吸附量从19.66 mg/g增加20.76 mg/g。
吸附等温线模型对胺肟化甘蔗渣吸附性能的研究表明，吸附数据与Langmuir和Freundlich两种吸附模型均有较好的一致性，但是对Langmuir吸附模型的符合程度更高，这说明了改性甘蔗渣吸附剂对铜离子是单分子层吸附。与改性前的甘蔗渣相比，改性后甘蔗渣对水中铜离子的吸附量大大增加。改性前甘蔗渣对铜离子的吸附量为1.32 mg/g，而改性后含有胺肟基团的甘蔗渣对铜离子的Langmuir最大吸附量为101.01 mg/g，吸附效果优于文献的其他吸附材料的最大吸附容量。吸附过程吉布斯自由能变化△G＜0，说明改性甘蔗渣对铜离子的吸附过程是自发进行的。
利用吸附动力学模型对改性甘蔗渣吸附性能的研究表明，改性甘蔗渣吸附剂对水溶液中铜离子的吸附是一个快速吸附过程，吸附数据与假二级动力学方程有很高的一致性，拟合线性相关系数大于0.999。随着吸附温度的升高，含有胺肟基团的甘蔗渣吸附剂对铜离子的吸附量逐渐降低，说明该吸附过程是放热的；而含有磷酸基团的甘蔗渣吸附剂的吸附量则逐渐增加，说明该吸附过程是吸热的。