新型除镉吸附剂MPWS制备条件的优化与机理

为了提高小麦秸秆（WS）对废水中Cd（Ⅱ）的吸附性能，采用氢氧化钠（NaOH）、L-半胱氨酸（L-Cys）、碳二亚胺盐酸盐（EDC·HCl）、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）对WS进行化学改性，制备出新型吸附剂巯基丙酰化小麦秸秆（MPWS）。以含Cd（Ⅱ）水样为考察对象，利用Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和响应面法的中心复合设计（CCD）对MPWS的制备条件进行优化，借助表征方法探讨了MPWS的制备机理，考察了WS、化学预处理小麦秸秆（CWS）、MPWS对Cd（Ⅱ）的吸附性能。结果表明：（1）由响应面法建立的二次项回归方程P值为0.000 2，表明模型非常显著。（2）当WS粒径为30目（0.60 mm）、化学预处理试剂NaOH溶液浓度为0.07 mol/L、n（EDC·HCl）∶n（L-Cys）为0.099∶1、m（NHS）∶m（EDC·HCl）为0.5∶1、m（L-Cys）∶m（CWS）为4∶1、反应介质pH为11、反应温度为40℃、反应时间为2.39 h时，该条件下制备的MPWS对水样中Cd（Ⅱ）去除性能最优，MPWS投加量为10 g/L对应Cd（Ⅱ）的去除率为84.55%，与模型预测值（84.80%）的相对偏差仅为-0.29%。（3）MPWS制备机理为巯基丙酰基被接枝到WS结构中，发挥了其对Cd（Ⅱ）螯合吸附作用。（4）秸秆对Cd（Ⅱ）的吸附性能表现为MPWS>CWS>WS，表明WS经化学预处理、接枝改性可提升吸附Cd（Ⅱ）的性能，当MPWS投加量为20 g/L时，Cd（Ⅱ）的去除率可达95.56%。研究显示，通过响应面法优化MPWS制备条件的试验方法可行，经巯基丙酰基改性后可有效提升小麦秸秆对Cd（Ⅱ）的吸附性能。