导　　师： 章莉娟

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 近年来,农田土壤中有机物（除草剂、抗生素、酞酸酯等）和重金属（镉、铬、铅、汞等）的残留水平已危及农业生态安全和食品安全,对人体健康和动植物生长也构成了潜在威胁。纤维素是农业废弃物秸秆和工业废弃物木屑等生物质的主要成分之一,来源广泛、价格低廉。将其改性用作有机污染物和重金属的吸附材料,不但可以解决农田土壤污染问题,而且可为纤维素的资源化利用开辟新途径。本论文设计和制备了三种纤维素改性吸附材料,并用于重金属镉、除草剂、磺胺类药物和酞酸酯的吸附去除。结合实验、理论分析和计算机模拟,深入研究了吸附材料的制备工艺、结构和物性等对其吸附性能和作用机理的影响,从宏观和微观角度探究了吸附机理。设计并合成了一种多官能团（羧基、酰胺基、仲氨基和羰基硫）修饰的改性纤维素吸附剂,用于重金属镉的吸附。XRD、IR、13C NMR和XPS表征结果确定羧基、酰胺基、仲氨基和羰基硫成功接枝到纤维素骨架上。改性纤维素的热稳定性、电负性和孔隙率等较之纤维素原料均明显提高,有良好的吸附Cd2+性能,吸附容量比纤维素原料增加了3倍,达401.1 mg/g。基于密度泛函理论（DFT）计算的改性纤维素与Cd2+的结合能显示,多官能团同时修饰的纤维素由于官能团的协同作用,与Cd2+的结合能力较强。根据前线轨道理论（FOT）计算的改性纤维素的最高占据轨道（HOMO）和Cd2+的最低未占据轨道（LUMO）发现,优先吸附位点主要分布在仲氨基和羰基硫上。采用300℃炭化-KOH活化-700℃炭化（炭化时间1 h、2 h和3 h）-HNO3氧化的工艺流程,制备了三种介孔纤维素生物炭吸附剂（MCB-1 h,MCB-2 h,MCB-3 h）。BET和SEM证实MCB为介孔结构,比表面积约为600 m2/g,孔径约为3.2 nm。用XRD、FTIR和XPS表征了吸附剂的化学结构,结果显示,纤维素炭化后增加了芳�

关 键 词： 纤维素改性 吸附 重金属镉 有机污染物 计算机模拟 微观机理

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