生物基吸附劑的研究現狀與進展

謝瓊華 陳啟杰，* 梁春艷 匡奕山 張亞增 魏冬云

（1.長沙理工大學化學化工學院，湖南長沙，410114；2.湖南廣信科技股份有限公司，湖南邵陽，422900）

資源和能源的短缺以及環境污染問題的加劇使得研究人員不斷探索可再生、可持續的綠色吸附材料以取代傳統的能源密集型活性炭吸附劑。來源于天然生物質材料的生物基吸附劑以其綠色、環保、低成本、可再生、可生物降解、生物相容性好等顯著優勢在吸附領域表現出十分廣闊的應用前景。天然生物質材料是由動物、植物及微生物等生命體衍生的，主要由碳、氫、氧元素構成的有機高分子聚合物，分子鏈上通常具有羥基、羧基等活性基團，對染料和重金屬離子等污染物有吸附作用，但其吸附能力低、機械強度差等缺陷使其在工業應用時受到限制。根據生物質材料的表面活性基團與被吸附物質之間的相互作用類型，生物質材料對染料和重金屬離子的吸附機理可主要歸納為靜電作用、氫鍵結合、離子交換、螯合作用等。基于吸附機理，對生物質材料進行化學改性（引入羧基、氨基、酰胺基、硫醇等吸附活性官能團）、形態控制（凝膠化）或與其他材料復合增強其化學物理性能以開發吸附容量高、可回收性好的新型生物基吸附劑成為研究的熱點。近年來，研究者們大多只針對某一類生物質材料的研究進行概述，本文綜述了近3年國內外生物基吸附劑的改性方法和吸附性能，對纖維素、淀粉、木質素、殼聚糖、果膠、瓜爾膠及農林廢棄物等常見生物質材料在有機染料、重金屬離子等污染物的吸附應用方面進行分析，并展望了生物基吸附劑的未來發展方向。

1 纖維素基吸附劑

纖維素表面富含羥基，其本身對重金屬和染料等具有一定的吸附能力，但由于纖維素羥基之間存在較強的分子間和分子內氫鍵，使纖維素結合十分緊密，易聚集成束并形成高度結晶結構，導致纖維素的比表面積減小，有效吸附面積和吸附位點減少，因此未經化學修飾的纖維素吸附能力十分有限［1］。采用不同的改性方法，可以使纖維素在形貌、結構和性能等方面更利于吸附。

1.1 化學改性纖維素基吸附劑

纖維素結構中的3個游離醇羥基是對其進行化學改性的基點。目前，常用的纖維素化學改性方法有接枝共聚、氧化、酯化、醚化、表面引發聚合及雙重化學修飾等。在吸附領域，通常根據被吸附物的性質選擇適宜的化學改性方法及改性劑。有機染料的吸附以靜電作用、范德華力和氫鍵結合為主，重金屬離子的吸附主要為離子交換和螯合機理，對纖維素進行化學改性使其骨架上帶有氨基、酰胺基等官能團，能顯著提高其對染料和重金屬離子的吸附能力。聚乙烯亞胺（PEI）作為一種具有高陽電荷密度的有機大分子物質，近年來被廣泛用于改性纖維素基吸附劑。Chen等［2］以戊二醛為交聯劑，在非均相體系中制備了超支化聚乙烯亞胺（hPEI）改性的纖維素基吸附劑，在酸性條件下，陰離子型染料活性黃（XRG）被該吸附劑上的質子化氨基通過靜電作用吸附，非離子染料（DB3）通過范德華力、氫鍵結合被吸附；在堿性條件下，氨基去質子化表現出電負性，通過靜電作用吸附陽離子型染料亮黃（M7G），對比未改性纖維素基吸附劑對XRG、M7G和DB3的最大吸附容量，改性纖維素基吸附劑表現出優異的吸附性能，最大吸附容量分別提高了約153、571和82倍。Liang等［3］將纖維素季銨化后，在環氧氯丙烷存在的條件下與PEI接枝和交聯以制備纖維素基吸附劑，其對Cr6+具有優異的吸附能力和可再生性，6次吸附/解吸循環后仍保持了第1次吸附容量的89.2%。纖維素的酰胺化也是提高其吸附性能的常見方法。Chen等［4］制備了一種羧基、酰胺、羰基硫和仲氨基接枝的纖維素基吸附劑，該多官能團改性的纖維素基吸附劑比表面積為390.6 m2/g，對重金屬離子Cd2+的吸附容量是未改性纖維素基吸附劑的3倍；Liu等［5］在室溫下通過纖維素纖維和雙丙烯酰胺之間的交聯反應，合成了一種高效環保的酰胺功能化纖維素基吸附劑，其可以從水性介質中高效去除陰離子染料和Cu2+，連續5次循環再生后對污染物的去除率仍保持在92%以上。

1.2 微晶纖維素（MCC）基吸附劑

MCC是天然纖維素經酸或堿水解至極限聚合度而形成的尺寸為20～80μm的短棒狀或粉末狀的多孔顆粒，比纖維素具有更高的結晶度、機械強度和更大的比表面積。MCC及其衍生材料被廣泛用于吸附重金屬離子和染料等污染物。Hashem等［6］在高溫下用1，2，3，4-丁烷四羧酸（BTCA）對MCC進行改性，該改性MCC的比表面積為2.90 m2/g，對Pb2+的最大吸附容量達1155 mg/g。Wu等［7］利用表氯醇交聯MCC和四亞乙基五胺（TEPA），然后接枝雙（羧甲基）三硫代碳酸酯（BCTTC），制備出具有高密度、多個活性吸附位點（N、O、S）的新型MCC基吸附劑（MCC/TEPAABCTTC），其對Pb2+（1 mg/L）、Cu2+（3 mg/L）和Cr6+（1 mg/L）的去除率分別達到100%、98%和99%，且7次循環后仍具有較高的去除率（80%）；MCC/TEPAA-BCTTC對Pb2+、Cu2+和Cr6+的高效吸附是螯合機理、靜電作用等多種機制協同作用的結果，其對重金屬離子的親和力依次為Cu2+＞Cr6+＞Pb2+，3種重金屬離子之間存在競爭吸附行為。Chuin Tan等［8］對天然油棕葉進行簡單酸處理以制備MCC（OPF-MCC），其比表面積為9.47 m2/g，對亞甲基藍（MB）有較好的吸附能力，是一種具有應用潛力的新型廉價吸附劑。

1.3 納米纖維素基吸附劑

納米纖維素是天然植物纖維通過化學、物理、生物或幾種方法結合處理得到的直徑小于100 nm的纖維聚集體，其結合了纖維素的基本優點以及納米材料在力學性能及結構上的優勢，比表面積更大、顆粒內擴散距離更短、化學活性更高、機械性能更好，比MCC更受青睞。目前，制備納米纖維素基吸附劑的方法多為羧基改性或氨基改性，利用氨基的螯合作用和羧基的靜電結合作用，可有效提高納米纖維素的吸附性能［9］。Jiang等［10］通過硝酸鈰銨（CAN）引發，將丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨（AETMAC）接枝聚合到纖維素納米晶（CNC）上，合成了一種新型的納米纖維素基吸附劑（PAETMAC-g-CNCs），其可快速有效地吸附中性活性藍19（RB 19），在pH值3.0～9.0和NaCl濃度高達60 g/L時，吸附效率超過80%。Li等［11］用聚甲基丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯（DMAEMA）對CNC進行改性，制備了一種含有氨基的吸附劑（CNC-PDMAEMA），其對廢水中的偶氮染料（AO7）表現出良好的吸附性能。Bisla等［12］從稻草中提取纖維素納米纖維（CNF），并用蛋氨酸進行改性，將硫化物和氨基官能團接枝到纖維表面，改性后的纖維素納米纖維（meth-CNF）可有效去除廢水中的Hg2+且表現出7次循環的良好可再生性。決定納米纖維素高效復合吸附性能的關鍵因素是引入特定官能團的容易性和多樣性［13］，但目前納米纖維素的低產量、相對高成本以及改性納米纖維素產物的低得率，使其還難以在工業廢水處理中得以應用。

1.4 纖維素基凝膠吸附劑

凝膠是指溶液中的高分子在一定條件下互相連接、形成空間網絡結構的特殊分散體系。根據分散介質的不同，凝膠可分為水凝膠和氣凝膠，按其尺寸大小，可分為宏觀凝膠和微觀凝膠。纖維素基材料的凝膠化可增加孔隙率和比表面積而提高其吸附能力，同時凝膠更易與被吸附物質分離，具有較好的可再生性，纖維素基凝膠吸附劑的開發已成為近年來的研究熱點。Yang等［14］通過逐步陽離子誘導凝膠化和冷凍干燥法制備了一種新型的CO2響應型CNF氣凝膠，該氣凝膠的比表面積為17.97 m2/g，CO2激發后，質子化氣凝膠由于具有高比表面積和豐富的活性位點，可通過靜電作用快速吸附陰離子染料MB、萘酚綠B（NGB）和甲基橙（MO），同時吸附劑本身具有較好的機械性能和可再生性，在20次循環后仍能保持較高的吸附容量。Kamel等［15］制備了基于交聯的羧甲基纖維素接枝丙烯酰胺（CMC-g-AM）的磁性水凝膠，其中嵌有多孔碳（PC）和檸檬酸修飾的磁鐵礦（CFe）；研究結果表明，與未經修飾的纖維素水凝膠的低吸附容量相比，該水凝膠對Pb2+和MB的最大吸附容量明顯提高，這歸因于PC和CFe的協同作用，使吸附劑形成更有利的多孔結構，CMC-g-AM對Pb2+和MB的吸附機理分別為Pb2+與CFe的靜電作用和酰胺基團的螯合作用、MB和羧基的靜電作用。Ayouch等［16］以檸檬酸為交聯劑制備了CMC-羥乙基纖維素水凝膠膜，該膜具有良好的熱穩定性，在中性和酸性介質中具有優異的溶脹能力，可用作去除Cd2+和MB的潛在吸附劑。

綜上所述，纖維素基吸附劑經化學改性后對染料和重金屬離子均具有較好的吸附性能（見表1），且吸附容量隨改性方式不同而差異化。Langmuir等溫方程、擬二級吸附動力學方程可很好地描述大部分纖維素基吸附劑對染料和重金屬離子的吸附過程。目前對纖維素基吸附劑的研究不斷拓展，但都處于實驗室研究階段，其在大規模工業廢水處理時的實際吸附性能還有待考察。

表1 纖維素基吸附劑的研究及應用Table 1 Research and application of cellulose-based adsorbents

2 淀粉基吸附劑

淀粉是由葡萄糖分子聚合而成的天然高分子碳水化合物，是僅次于纖維素的第二大可再生資源，具有來源廣泛、綠色環保、成本低廉和可生物降解等優勢，淀粉分子表面富含羥基，可在其表面進行大量的羥基化學修飾而得到不同性能的淀粉基高分子吸附劑。

2.1 化學改性淀粉基吸附劑

天然原淀粉由于自身的結構特點和性質，如易回生、老化等，因此吸附性能差，通過對淀粉進行化學改性，以不同的官能團取代羥基，可賦予淀粉良好的吸附性能。Bashir等［17］通過磷酰氯和天然馬鈴薯淀粉羥基之間的交聯反應，成功地制備了馬鈴薯淀粉磷酸酯聚合物吸附劑（PSP），在微波和超聲波輻射下，該吸附劑呈啞鈴狀和花瓣狀，比表面積為14.5 m2/g，能從水性介質中吸附Zn2+、Pb2+、Cd2+和Hg2+且表現出選擇性吸附行為，對重金屬離子的親和力依次為Zn2+＞Pb2+＞Cd2+＞Hg2+，且在5次吸附循環中顯示出良好的可再生性。Schmidt等［18］以過硫酸銨引發自由基聚合反應，通過雙化學改性（接枝和交聯）合成了淀粉超吸收性聚合物（淀粉-g-PAM），其對水溶液中的Cu2+和Fe3+具有較好的吸附性能，且吸附能力隨著聚丙烯酰胺在淀粉鏈上接枝率的增加而提高。Haroon等［19］將N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）接枝到羧甲基淀粉（CMS）上，制備了羧甲基淀粉-g-聚乙烯吡咯烷酮（CMS-g-PVP），其對羅丹明6G具有較好的吸附性能，在工業水凈化方面的應用前景廣闊。

2.2 淀粉納米粒吸附劑

淀粉納米粒是由原淀粉經酸水解、機械處理或酶處理以去除無定形區而得到的高結晶度納米顆粒，因其獨特的性能被用于廢水中污染物的吸附。Chang等［20］通過羧甲基化和季銨化成功制備出兩性離子官能化的淀粉納米顆粒（CM-SNPs），用于選擇性去除陰離子和陽離子染料，對MO和MB的去除率高達85.9%。Chen等［21］在堿性水溶液中制備出琥珀酸酐改性的淀粉納米晶（SNC），研究了SNC和琥珀酰化SNC對Cu2+和MB的吸附；結果表明，琥珀酰化的SNC對Cu2+和MB具有很好的吸附能力，吸附能力比SNC提高了2倍以上。Fang等［22］制備了一種新型的三維納米多孔淀粉基納米材料（3D-PSN），能有效吸附Cd2+、Hg2+、Cu2+、Pb2+，對這4種重金屬離子的親和力依次為Cd2+＞Cu2+＞Hg2+＞Pb2+，具有較好的吸附選擇性。

2.3 淀粉基水凝膠吸附劑

水凝膠具有親水的三維網絡結構，基于淀粉的水凝膠吸附劑常被用于水處理中。Chen等［23］用NaOH溶液預處理淀粉，將聚丙烯酸（PAA）接枝到淀粉上，然后與N，N亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）交聯形成水凝膠（STAH），其對MB的最大吸附容量達2967.7 mg/g。Arayaphan等［24］以木薯淀粉（CS）和聚乙烯醇（PVA）為原料，通過丙烯酸（AA）自由基聚合反應制備了可生物降解的雙網狀水凝膠（PVAg-PAA/CS-g-PAA），該水凝膠通過離子鍵、氫鍵或鏈纏結產生兩種類型的聚合物網絡，其一是以CS為支撐的剛性網絡，其二是以PAA提供靈活性的較軟的網絡，PVA作為柔性聚合物鏈控制聚合物網絡的均勻性和交聯密度。在吸附過程中，雙網狀水凝膠表面的羧基、羥基官能團與MB的氮原子氫鍵結合，同時MB上的正電荷和PAA上的負電荷之間產生靜電作用，使MB被有效吸附。王青云等［25］以淀粉、AA和N-對羧基苯基馬來酰胺酸（p-CPMA）為原料，合成了具有吸附重金屬離子能力的AA-co-p-CPMA水凝膠，其對Cu2+、Pb2+具有較高的吸附容量，重復使用4次后吸附容量仍較高，是一種可再生的高效吸附材料。

淀粉基吸附劑的最新研究及應用見表2。由表2可知，淀粉基吸附劑的改性方式及形態會顯著影響淀粉基吸附劑對染料、重金屬離子的吸附能力。凝膠態淀粉基吸附劑對MB的吸附容量明顯高于顆粒態，這歸因于淀粉基吸附劑的凝膠化可擴展聚合物網絡，增強擴散機制，同時使內部位點更易于吸附［26］。對淀粉基吸附劑的形態控制也是增強其吸附能力的有效途徑。

表2 淀粉基吸附劑的研究及應用Table 2 Research and application of starch-based adsorbents

3 木質素基吸附劑

木質素對重金屬離子有天然的親和力，且對重金屬離子的親和力因木質素來源的不同存在明顯差異：從造紙黑液中提取的木質素表面含有羧酸和酚酸基團，羧酸基團對重金屬離子的親和力為Pb2+＞Cu2+＞Zn2+＞Cd2+＞Ni2+，酚酸基團對重金屬離子的親和力為Pb2+＞Cu2+＞Cd2+＞Zn2+＞Ni2+［27］；而硫酸鹽木質素對重金屬離子的親和力為Cr6+?Cd2+＞Cu2+＞Zn2+［28］，表明木質素基吸附劑能同時吸附多種重金屬離子，但其吸附過程也易受到其他重金屬離子的干擾。目前，制漿造紙行業木質素的利用率較低，將木質素基材料用作吸附劑是實現木質素高值化利用的有效途徑。

3.1 化學改性木質素基吸附劑

木質素結構復雜，含有豐富的芳環結構、脂肪族和芳香族羥基及醌基等活性基團。未經改性的木質素在溶液中易團聚而不利于吸附污染物，通常用含氧、氮或硫的官能團進行化學改性以提高木質素對重金屬離子和有機染料的吸附能力［29］。Jin等［30］利用冠醚對金屬離子的強親和力，通過曼尼希反應將1-氮雜-18-冠-6-醚接枝到木質素上，制備出功能化木質素吸附劑（AFL），其對Pb2+的最大吸附容量達91.4 mg/g，比原木質素（13.5 mg/g）高5.9倍，經過4次循環后，吸附效率保持在80%以上。Liu等［31］將PAA接枝到經酸預處理的堿木質素上，制備出具有分層多孔結構的復合水凝膠（PAA-g-APL）以同時吸附Pb2+、Cu2+和Cd2+，對這3種金屬離子的最大吸附容量分別為223.0、20.5和6.61 mg/g，表明PAA-g-APL可用作Pb2+的選擇性吸附劑。An等［32］用（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷（APTES）對木質素進行胺硅烷化，合成的硅烷化和胺化的木質素吸附劑（SAL）對剛果紅和Cu2+的最大吸附容量分別為74.4和17.8 mg/g。綜上可知，木質素基吸附劑對每種重金屬離子的吸附能力與木質素改性方式密切相關，不同官能團結構對不同重金屬離子的結合捕獲能力不同，同時受吸附條件（如溫度、pH值、重金屬離子濃度）的影響。

3.2 木質素衍生材料吸附劑

木質素作為低成本、含量豐富的生物質資源，其衍生材料種類繁多，目前用作吸附劑的木質素衍生材料有木質素基生物炭、磁性納米顆粒、水凝膠及多孔碳材料等。Wu等［33］研究比較了堿木質素（AL）及其生物炭衍生物（ALB）對Pb2+的吸附能力，ALB顯示出優異的吸附性能，最大吸附容量約是AL的2倍，且吸附速率更快，表明木質素衍生的生物炭是一種有前景的吸附材料。Dai等［34］通過納米沉淀法制備了磁性堿木質素-多巴胺納米顆粒（AL-DA/Fe3O4NPs），其對Cr3+的最大吸附容量達到44.6 mg/g，且具有靈敏的磁響應性和良好的可再生性。Zhu等［35］利用Fe3O4作為模板劑，通過簡便的蝕刻-磺化工藝從玉米秸稈中制備出具有優異選擇性、可快速選擇吸附陽離子染料MB的木質素衍生的磺化多孔碳（LSPC）吸附劑，其對MB的最大吸附容量達621.5 mg/g，具有較高的吸附能力和良好的可再生性，6次循環后，其對MB的去除率仍保持在92.3%。以上研究表明，制備多樣性的木質素衍生材料，在提高吸附性能的同時，能使木質素基吸附劑更具選擇性和可再生性。

4 殼聚糖基吸附劑

殼聚糖（CS）是自然界中具有良好應用潛力的功能性生物質材料。CS分子中含有大量的羥基和氨基，其本身是一種螯合劑，對重金屬離子有強親和力，氨基的存在使CS對陰離子染料也具有一定的吸附能力［1］。天然未改性的CS由于高結晶度、低機械強度、低溶解度和在酸性介質中的不穩定性而不能直接用作吸附劑［36］。對CS進行改性可拓寬其在吸附領域的應用。Muhammad等［37］以戊二醛為交聯劑，利用β-環糊精（β-CD）與氨三乙酸（NTA）交聯后制得的NTA-β-CD聚合物對CS進行改性，合成了一種新的吸附劑（NTA-β-CD-CS），該吸附劑可快速有效吸附Hg2+、MB和MO，最大吸附容量分別為178.3、162.6和132.5 mg/g，且具有良好的穩定性和可再生性，經過4次循環，NTA-β-CD-CS的吸附效率仍保持不變，其吸附機理為：β-CD腔通過主體/客體夾雜物包裹了MB，殘留的羥基、羧基和氨基成為Hg2+和MO吸附的活性位點，Hg2+和MO分別通過氧原子的螯合和氨基的靜電作用而被吸附。Cui等［38］通過表面引發的接枝聚合反應將PAA和聚丙烯酰胺（PAM）接枝到CS鏈上以制得g-CCS吸附劑，再通過與Fe（III）配位獲得Fe-g-CCS吸附劑，g-CCS吸附劑對陽離子染料MB最大吸附容量為79.1 mg/g，Fe-g-CCS對陰離子染料RBR最大吸附容量達到918.5 mg/g。

在實際應用時，CS通常很難以粉末或薄片形式用作吸附劑，將其轉化為凝膠有助于克服這些限制。Pavithra等［39］將CS與PAM、MBA進行化學交聯，并與桔皮共混，制備CS基水凝膠，該水凝膠對Cr6+和Cu2+的吸附效率分別達80.4%和82.5%，且可通過鹽酸進行脫附，具有較好的再生性能。

5 果膠基/瓜爾膠基吸附劑

果膠是一種天然多糖，其分子結構中有大量的羧基和羥基，對重金屬離子有強親和力。果膠的來源直接影響其對重金屬離子的吸附能力和選擇性，柑橘果膠、仙人掌果膠和蘋果果膠對Pb2+的最大吸附容量分別為176.0［40］、26.6［41］和147.0～180.0 mg/g［42］。天然果膠在水溶液中不穩定且難以分離，通常需對其進行改性。Liang等［43］利用乙二胺對柑橘果膠進行改性，制得具有不同酰胺化度的乙二胺改性果膠（EPs），并將其用于Pb2+的吸附；結果表明，酰胺化度高的乙二胺改性果膠（EP-48）對Pb2+的去除率超過94%。Martins等［44］制備了高橙皮果膠含量（74 wt%）的果膠/CS復合膜吸附劑，該復合膜吸附劑可從水溶液中去除Cu2+，最大吸附容量為29.2 mg/g。

瓜爾膠是豆科植物瓜爾豆的提取物，其直鏈中有大量的活性醇羥基，氫鍵結合面積大，是具有吸附潛力的生物質材料。Duan等［45］通過氧化和縮合制備了半乳糖肼改性的瓜爾膠基吸附劑（GG-GH），室溫下其對有機染料MB、RhB、MeO和BrB的最大吸附容量分別達1522.2、1360.0、868.8和904.7 mg/g，經過10次再生循環后，對有機染料的去除率仍然保持較高水平（＞95%），是一種吸附性及可再生性好的水處理生物質材料。

6 農林廢棄物吸附劑

為了充分利用生物質資源，實現可持續發展，將秸稈、甘蔗渣、玉米芯、稻殼、柚子皮、橙皮、菠蘿麩皮等農林廢棄物用作生物質吸附劑引發越來越多的關注。Rabia等［46］通過熱解過程分別合成了稻殼、小麥秸稈和玉米芯生物炭吸附劑，對Pb2+的去除率分別為96.4%、95.4%和96.9%，對Cd2+的去除率分別為94.7%、93.7%和95.8%。Ahmed等［47］研究了橙皮（OP）和磁化橙皮（MOP）作為吸附劑對廢水中結晶紫（CV）染料的去除效果；結果表明，MOP的最大單層吸附容量（555.6 mg/g）高于OP（138.9 mg/g），且在5次循環中表現出優異的再生能力，MOP可作為去除工業廢水中CV染料的有效吸附劑。Ng等［48］將稻殼和油棕空果串（OPEFB）漂白和堿處理后用作MB的吸附劑，OPEFB和稻殼纖維素對MB的去除率分別達到96.8%和97.8%，最大吸附容量分別為185.2和58.5 mg/g。李秀玲等［49］和戴靜怡等［50］分別研究了硫酸亞鐵改性桑枝和氫氧化鈉改性梨樹枝對廢水中重金屬離子的吸附性能；結果表明，改性桑枝吸附劑對Cr6+去除率達97.4%，較改性前提高了26.1%，改性梨樹枝對Pb2+和Cd2+最大吸附量分別為238.6和80.3 mg/g，是未改性梨樹枝的4.74和1.92倍，硫酸亞鐵和氫氧化鈉改性增加了桑枝和梨樹枝的表面孔隙、交換性離子和表面官能團數量，使改性桑枝和改性梨樹枝對重金屬離子具有良好的吸附性能。

農林廢棄物材料具有較好的吸附劑應用前景，其來源的廣泛性使其制備和改性方法具有多樣性，探究合適的改性方法制備高吸附性能的農林廢棄物吸附劑，將是我國實現農林廢棄物的能源轉化利用的重要途徑之一。

7 結語與展望

生物基吸附劑作為一種綠色、環保、可持續的新型吸附材料，在重金屬離子、染料的吸附分離中表現出很大的應用潛力，有望逐步取代傳統的吸附材料。近年來，基于生物基吸附材料的研究越來越廣泛，研究者們更致力于將生物基吸附材料凝膠化、磁化或與其他材料復合以提高其吸附性能，且已有部分研究者制備出高性能的生物基吸附劑，但仍存在以下不足：（1）制備的生物基吸附劑主要為凝膠、顆粒、膜等形式，機械強度較差，與工業化應用的需求還有一定差距；（2）目前生物基吸附劑的應用僅限于理想條件下的實驗室規模，對于大規模工業廢水處理時的成本和可行性缺乏探索；（3）大部分的生物基吸附劑不具備復合吸附的性能，僅能吸附一種或幾種特定的污染物，難以預測其在工業應用中對污染物的實際吸附能力；（4）影響生物基吸附劑吸附性能因素作用及吸附機理研究不夠深入。因此，綜合考慮吸附劑的成本（原料成本和改性成本）和可獲得性（例如納米纖維素、淀粉納米晶等產量較低）、吸附操作的難易程度、吸附劑的靜態和動態吸附效果以及可循環利用性，進一步探究新型生物基吸附劑及其制備和改性方法、拓展生物基吸附劑的應用領域、滿足生物基吸附劑的工業應用仍是今后需要解決的問題。基于生物質材料組裝超分子聚合物，綜合氫鍵理論和超分子化學理論，構筑智能化高值化的生物基吸附劑是生物質功能化應用研究的發展趨勢；進一步研究生物基吸附劑對各種物質的吸附平衡、吸附控制及吸附機理，開發低成本、高效、經濟、再生性好、實用性強的生物基吸附劑是研究的重點和發展方向。