木質(zhì)素的高附加值及在重金屬處理上的研究進(jìn)展

楊柳，周書葵，榮麗杉，李嘉麗

(南華大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001)

工業(yè)和生活廢水中含有大量的有機(jī)和無機(jī)毒物，對(duì)生物和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。重金屬通過工業(yè)活動(dòng)或自然沉積物(在地殼中)釋放到環(huán)境中。采礦、金屬捕撈、電鍍、半導(dǎo)體等工業(yè)活動(dòng)是廢水中重金屬排放的主要來源，重金屬的高穩(wěn)定性和水溶性會(huì)對(duì)健康有害。這些危險(xiǎn)和有毒的金屬離子有蓄積的趨勢(shì)，并對(duì)生命系統(tǒng)產(chǎn)生致癌性影響。因此，必須從工業(yè)廢水中分離重金屬，然后將其釋放到環(huán)境中。目前已采用了溶劑萃取法、離子交換法、膜濾法、沉淀法、電化學(xué)法、混凝法等[1]多種處理方法去除廢水中的重金屬，在各種去除重金屬的方法中，吸附法是一種較好的、成本較低的廢水凈化方法。近十年來，各種材料如金屬氧化物、粘土礦物、工農(nóng)業(yè)廢棄物、碳、聚合物等都被用作吸附劑[2]。

木質(zhì)素是在高等植物細(xì)胞壁中自然合成的一種三維的、部分隨機(jī)的無定形酚醛網(wǎng)格聚合物，其產(chǎn)量十分豐富，僅次于纖維素。隨著可持續(xù)發(fā)展以及綠色城市概念的興起，木質(zhì)素及其高附價(jià)值衍生物對(duì)于廢水中重金屬離子的吸附的相關(guān)研究受到廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)外已開發(fā)出多種木質(zhì)素產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于能源[3]、電池[4]、吸附[5]、生物[6]等領(lǐng)域。本文綜述了木質(zhì)素及其衍生物的不同結(jié)構(gòu)、功能、性能的特點(diǎn)，并且介紹了這些材料在吸附重金屬離子上的研究進(jìn)展，探討了其中存在的問題并對(duì)提高木質(zhì)素的高附加值應(yīng)用進(jìn)行展望。

1 木質(zhì)素在重金屬吸附上的研究

1.1 木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)

木質(zhì)素是由3種苯丙烷單元(對(duì)香豆醇、松柏醇、芥子醇)通過醚鍵和碳碳鍵相互連接形成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生物高分子，廣泛存在于植物細(xì)胞壁之中，其結(jié)構(gòu)圖見圖1。從植物學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，木質(zhì)素就是包圍于管胞、導(dǎo)管及木纖維等纖維束細(xì)胞及厚壁細(xì)胞外的物質(zhì)，其與纖維素、半纖維素一起，形成植物骨架的主要成分，在數(shù)量上僅次于纖維素[7]。木質(zhì)素填充于纖維素構(gòu)架中增強(qiáng)植物體的機(jī)械強(qiáng)度，利于輸導(dǎo)組織的水分運(yùn)輸和抵抗不良外界環(huán)境的侵襲。

圖1 木質(zhì)素結(jié)構(gòu)[7]Fig.1 Lignin structure

1.2 木質(zhì)素對(duì)重金屬的吸附

胡子聰?shù)萚8]利用麻竹筍筍殼制備了筍殼醋酸木質(zhì)素(BSS-AL)，并用于吸附廢水中的Cr(Ⅵ)。經(jīng)由FTIR光譜圖發(fā)現(xiàn)1 716 cm-1和1 040 cm-1處峰的強(qiáng)度有所減弱，這表明吸附過程中 Cr(Ⅵ) 與BSS-AL的羥基、羰基和羧基等通過靜電吸引結(jié)合在了一起，表明其中主要的吸附機(jī)理有靜電相互作用、離子交換。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，將0.1 g BSS-AL加到 20 mL 濃度為25 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液中，pH從2升高到10時(shí)，溶液中Cr(Ⅵ)的清除率由95.5%降至 79.4%，最大吸附容量為14.908 mg/g。5次解析回收實(shí)驗(yàn)吸附后因?yàn)锽SS-AL表面活性基團(tuán)弱化而清除Cr(Ⅵ)能力下降。

Eduardo等[9]從咖啡渣中提取的木質(zhì)素(CL)，測(cè)試其對(duì)廢水中金屬離子的吸附。實(shí)驗(yàn)在pH=5，室溫的情況下，對(duì)模型廢水進(jìn)行絡(luò)合混凝絮凝處理，結(jié)果表明其對(duì)水中金屬離子的化學(xué)親和程度為：Cr3+>Zn2+>Pb2+>Ni2+>Ca2+>Cd2+>Cu2+，木質(zhì)素在廢水中整體去除率超過95%。由FTIR表征分析，吸附后酚羥基(—OH)、甲氧基(—OCH3)、羧基(—COOH)與金屬離子結(jié)合在一起，發(fā)現(xiàn)吸附劑對(duì)金屬離子的作用主要是靜電作用以及金屬絡(luò)合。

Siroos等[10]采用超聲提取木質(zhì)素，再用凝膠固化法對(duì)其進(jìn)行固定，提取的有機(jī)木質(zhì)素作為增強(qiáng)劑用于合成一種新型生物復(fù)合材料，作為生物改性劑吸附水中的鉛重金屬。實(shí)驗(yàn)將0.1 g木質(zhì)素復(fù)合材料加入25 mL濃度為60 mg/L的鉛溶液，在pH=5時(shí)，其最大吸附容量為365.43 mg/g。合成的木質(zhì)素復(fù)合材料在經(jīng)過5個(gè)吸附循環(huán)階段后依然保持較好的吸附性能，其吸附性能為98%。這表明了該木質(zhì)素復(fù)合材料在實(shí)際應(yīng)用中的潛力。

木質(zhì)素因富含官能團(tuán)以及它特有的非晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)重金屬離子有良好的吸附能力，其吸附機(jī)理主要是離子交換、靜電相互作用、金屬絡(luò)合、金屬螯合。但單一的木質(zhì)素吸附性能不優(yōu)于商業(yè)吸附劑和離子交換樹脂材料，因此存在局限性，通過對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行改性可以補(bǔ)充木質(zhì)素顆粒的不穩(wěn)定性，顯著地提高了木質(zhì)素的力學(xué)性能和水穩(wěn)定性[11]。

2 改性木質(zhì)素材料在重金屬吸附中的研究

2.1 官能團(tuán)改性木質(zhì)素材料

木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元中具有大量的脂肪族羥基和酚羥基反應(yīng)活性基團(tuán)，因此很容易利用化學(xué)反應(yīng)改變其結(jié)構(gòu)或?qū)傩?，為了提高木質(zhì)素的吸附能力，可以用含氧、含氮或含硫的官能團(tuán)對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行化學(xué)改性。其改性制備原理主要是交聯(lián)聚合反應(yīng)、接枝反應(yīng)以及曼尼希反應(yīng)，制備方法一般是水熱合成法、沸騰回流法等。與原本木質(zhì)素相比較，改性木質(zhì)素的孔徑小，比表面積大，吸附能力更出色。

2.1.1 木質(zhì)素的交聯(lián)聚合改性制備 木質(zhì)素的交聯(lián)聚合一般以木質(zhì)素、環(huán)氧氯丙烷、三甲胺為原料，生成強(qiáng)堿性基團(tuán)木質(zhì)素材料，然后在高溫下木質(zhì)素進(jìn)行分子交聯(lián)，同時(shí)保留其大部分官能團(tuán)[12]，使改性后的木質(zhì)素具有良好的水溶性和更高的表面活性。由于改性后的木質(zhì)素含有豐富的基團(tuán)，極易與金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)使金屬離子富集。

Popovic等[13]通過木質(zhì)素與聚乙烯亞胺接枝劑和環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)劑的反相懸浮共聚，接著用水熱合成了一種新型的去除重金屬離子的高效氨基功能化木質(zhì)素生物樹脂微球結(jié)構(gòu)(A-LMS)，這種木質(zhì)素演化物總孔體積和中孔直徑增大，比木質(zhì)素高4.27倍，吸附重金屬離子效果十分顯著，分別對(duì)Cd(Ⅱ)的最大吸附容量為74.84 mg/g，Cr(Ⅵ)吸附容量為 54.20 mg/g，As(Ⅴ)吸附容量為53.12 mg/g，Ni(Ⅱ)吸附容量為49.42 mg/g。由FTIR表征可看出，吸附劑表面的胺基通過靜電吸引與金屬離子形成絡(luò)合物，吸附機(jī)理主要是金屬絡(luò)合以及靜電配位?？芍赜眯匝芯拷Y(jié)果表明，A-LMS可吸附、解吸循環(huán)3次。

付永勝等[14]以木質(zhì)素磺酸鈣為反應(yīng)單體，甲醛為交聯(lián)劑基于溶液聚合和交聯(lián)聚合原理制備了一種新型木質(zhì)素離子交換樹脂，考察了其對(duì)水體中Cd2+的吸附去除效能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最大吸附量為 95.15 mg/g，而木質(zhì)素離子交換樹脂的吸附性能主要取決于其表面可電離的磺酸基、羥基和羧基等多種交換基團(tuán)，通過這些基團(tuán)的離子交換作用。

目前木質(zhì)素交聯(lián)聚合一般采用的交聯(lián)劑是環(huán)氧氯丙烷或甲醛。這種交聯(lián)反應(yīng)中，交聯(lián)物會(huì)對(duì)反應(yīng)物產(chǎn)生很大的影響，交聯(lián)反應(yīng)的完成度會(huì)決定生成物骨架結(jié)構(gòu)，也是骨架強(qiáng)度的主要因素。通常，生成物的含水量、溶脹度、吸附速度、孔徑分布等與交聯(lián)度成反比，生成物的穩(wěn)定性、耐氧化能力與交聯(lián)度成正比。關(guān)于木質(zhì)素聚合交聯(lián)度的優(yōu)化在研究中只有通過改變實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化，但是其中的理論指導(dǎo)也比較缺乏。

2.1.2 木質(zhì)素的接枝共聚改性制備 木質(zhì)素的接枝共聚改性多以木質(zhì)素為原料，通過丙烯酰胺進(jìn)行接枝共聚，見圖2。由于 —CONH2的基團(tuán)的接枝，改性后的木質(zhì)素分子量增大，比表面積增大，提高了吸附性能。

圖2 接枝共聚原理圖[7]Fig.2 Schematic diagram of graft copolymerization

Liu等[15]采用酸預(yù)處理堿木質(zhì)素接枝聚丙烯酸制備水凝膠(PAA-g-APL)，用于去除廢水中Pb2+、Cu2+和Cd2+。實(shí)驗(yàn)在室溫下，pH=5時(shí)，將0.1 g PAA-g-APL加入100 mL濃度為1 mmol/L待測(cè)溶液中，搖動(dòng)13 h測(cè)得對(duì)Pb2+、Cu2+、Cd2+的最大吸附量為1.076，0.323 3，0.059 mmol/g。經(jīng)XPS可清晰看出配合物的形成，如：—OH-Pb2+、—O-Pb2+或者 —COO-Pb2+，表明主要吸附機(jī)理為金屬絡(luò)合。雖然PAA-g-APL的循環(huán)吸附為1次，但它另一個(gè)環(huán)境效益是，一旦吸附完成，可以幫助PAA-g-APL的自然降解，從而避免污染。

孫亞杰等[16]以糠醛渣木質(zhì)素和丙烯酸為原料，由接枝共聚反應(yīng)制備可有效去除水中Pb2+、Cu2+和Cd2+的糠醛渣木質(zhì)素-g-聚丙烯酸水凝膠(FRL-g-PAA)，由SEM圖可以看出改性后的木質(zhì)素比表面積更大，更容易吸附金屬離子。實(shí)驗(yàn)在pH=5時(shí)，將0.1 g FRL-g-PAA加入100 mL(1 mmol/L)待測(cè)溶液中，經(jīng)恒溫振蕩后，對(duì)Pb2+、Cu2+、Cd2+的最大吸附量為1.230，0.610，0.060 mmol/g。解吸3次后的FRL-g-PAA的解吸率為70%～80%，表明FRL-g-PAA是一種可重復(fù)利用的吸附劑，但利用率不高。

木質(zhì)素的接枝共聚反應(yīng)，一般與引發(fā)劑的種類無關(guān)，又因?yàn)檫@類接枝共聚物具有較大的活性，且分散性較好，所以反應(yīng)產(chǎn)率較高。同時(shí)，引發(fā)劑的濃度、反應(yīng)酸堿度、溫度、反應(yīng)固液比例等因素對(duì)共聚反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響，由于改性后的木質(zhì)素增加了對(duì)金屬離子的吸附活性，使得接枝共聚反應(yīng)制備的木質(zhì)素產(chǎn)品常用于吸附金屬離子。

2.1.3 木質(zhì)素的曼尼希反應(yīng)改性制備 木質(zhì)素的曼尼希反應(yīng)是以木質(zhì)素中的活潑氫與甲醛或者氨反應(yīng)，其中氫原子被胺甲基取代的反應(yīng)，見圖3。

圖3 曼尼希反應(yīng)原理圖[17]Fig.3 Schematic diagram of Mannich reaction

2.1.4 官能團(tuán)改性木質(zhì)素在吸附重金屬方面的研究 由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的多樣性，適合它的改性方法不僅限于上面幾種，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也取得了很好的研究成果。周艷等[19]用堿木質(zhì)素、1，2-二氯乙烷、亞氨基二乙酸為原料，通過沸騰回流法成功制備了對(duì)Hg2+和Cd2+有較強(qiáng)親和能力的亞氨基二乙酸改性堿木質(zhì)素(AL-IDA)。實(shí)驗(yàn)將0.1 g AL-IDA加入一定濃度100 mL的待測(cè)溶液中，將pH調(diào)至5時(shí)，測(cè)得對(duì)Hg2+和Cd2+最大吸附容量分別為239.5 mg/g，129.2 mg/g。通過活化能的計(jì)算值表明其主要吸附機(jī)理是化學(xué)作用。

Gomez-Ceballos等[20]在酸性條件下加入三嗪并結(jié)合氮雜原子修飾木質(zhì)素結(jié)構(gòu)，生成超支化聚合物(OKL-CC)。實(shí)驗(yàn)以pH=4.2的條件下，將 25 mg OKL-CC加入25 mL待測(cè)溶液中，經(jīng)過6 h后測(cè)得對(duì)鎘以及鎳的最高去除率為96.1%和80.4%，最大吸附量分別為95.76，43.16 mg/g。

Kwak等[21]采用PEI改性方法制備了提高 Cr(Ⅵ)去除效率的改性球形木質(zhì)素顆粒(PEI-Lignin)。在吸附實(shí)驗(yàn)中，將0.1 g PEI-Lignin分散在100 mL濃度為200 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液中，測(cè)得PEI-Lignin的吸附量為186.3 mg/g，與未改性木質(zhì)素進(jìn)行對(duì)比提高了55.12%。由其SEM圖可以看出PEI改性增加了木質(zhì)素的孔結(jié)構(gòu)，從而提高了 Cr(Ⅵ)的去除能力。在研究溶液pH值的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)靜電相互作用在吸附中起主要作用。經(jīng)解吸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PEI-Lignin在連續(xù)6個(gè)吸附循環(huán)中能保持良好的Cr(Ⅵ)去除效率，效率為85.44%。

Yu等[22]從花生殼提取出木質(zhì)素，并對(duì)其表面羧基進(jìn)行改性，制備出親和Pb2+的吸附劑(M-PL)。實(shí)驗(yàn)pH=5，將0.01 g改性和未改性吸附劑加入100 mL濃度為100 mg/L的含Pb2+溶液中，反應(yīng)后未改性吸附劑最大吸附量為67.35 mg/g，改性吸附劑最大吸附量為269.26 mg/g。由FTIR表征發(fā)現(xiàn)改性后吸附容量的顯著增加是由于引入了大量帶負(fù)電荷的羧基與金屬離子發(fā)生絡(luò)合。

2.2 木質(zhì)素炭材料

活性炭是一種以煤為前驅(qū)體，經(jīng)過苛刻條件制備而成的吸附物質(zhì)，由于其表面積大、易再生、操作簡(jiǎn)單，是目前應(yīng)用最廣泛的一種吸附劑，被廣泛用于清潔金屬離子污染的廢水。活性炭的特點(diǎn)有很多，比如：碳含量高，芳構(gòu)化程度高，在水中保持穩(wěn)定。然而，活性炭作為一種金屬離子吸附劑，仍然存在著吸附容量低的問題，所以研究出更加高效的吸附劑迫在眉睫。

木質(zhì)素的碳材料有多種形式，如碳纖維和模板碳，但對(duì)于吸附應(yīng)用，木質(zhì)素衍生的活性炭是目前最常見的，木質(zhì)素的碳質(zhì)多孔材料由于其固有的可再生性、高碳含量和功能化的酚結(jié)構(gòu)，近十年來得到了廣泛的研究[23]。木質(zhì)素的活性炭制備方法包括炭化[23]和活化兩個(gè)步驟。在炭化過程中，木質(zhì)素通過加熱轉(zhuǎn)化為活性炭。對(duì)于物理活化，需要一種活化劑，如CO2、空氣，以開發(fā)碳質(zhì)材料的孔隙度，而表面積和孔隙體積的增加是通過去除內(nèi)部碳質(zhì)和揮發(fā)分來實(shí)現(xiàn)的。在化學(xué)活化的情況下，KOH、H3PO4或ZnCl2作為活化劑與碳前體混合。活化劑作為脫水劑，從木質(zhì)纖維素原料中以水的形式除去氧和氫，從而將多孔性引入碳中。然后在木質(zhì)素的熱解過程中，會(huì)形成一系列小的芳香族產(chǎn)物，如醛、甲苯、苯乙烯等。在350 ℃以上的高溫下，熱解破壞了木質(zhì)素的羥基，繼而形成自由基，導(dǎo)致產(chǎn)生隨機(jī)聚合，形成多芳生物炭。通過加熱到700 ℃以上，碳內(nèi)部可以形成顯著的微孔[24]。

Li等[25]用木質(zhì)素在硫酸中高溫煅燒進(jìn)行簡(jiǎn)便的氧化和炭化，破壞木質(zhì)素的側(cè)鏈形成芳環(huán)，氧化側(cè)鏈形成羧基，制得高酸性含氧木質(zhì)素生物炭(LS-BCs)。吸附實(shí)驗(yàn)溫度為30 ℃，pH=5.5，將 0.025 g 加入50 mL濃度為300 mg/L的Pb2+溶液中，經(jīng)過12 h 的吸附，木質(zhì)素-生物炭對(duì)Pb2+的最大吸附能力達(dá)到679 mg/g。用XPS和FTIR光譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，吸附后Pb—O鍵中的氧原子出現(xiàn)一個(gè)新的峰，考慮羧基和酚羥基的等電點(diǎn)，推測(cè)pH為5.5時(shí)，Pb2+的主要吸附機(jī)制為羧基離子交換。經(jīng)過3次吸附-解吸循環(huán)后，LS-BCs的吸附容量仍可保持在97%，表明它可以在水中的長(zhǎng)期使用。

李明等[26]從造紙黑液中提取的木質(zhì)素為原料，輔以磷酸作為活化劑，在600 ℃高溫下進(jìn)行炭化活化制備出木質(zhì)素基活性炭(LAC)。實(shí)驗(yàn)在pH=9時(shí)，將0.2 g LAC加入100 mL濃度為100 mg/L的Pb(Ⅱ)溶液，2 h后吸附量為47 mg/g。FTIR發(fā)現(xiàn)在波數(shù)480～780，2 800～4 500吸收峰大小關(guān)系為吸附后活性炭>吸附前活性炭>木質(zhì)素，這是因?yàn)槲角暗幕钚蕴恳蚧罨饔迷黾恿舜罅康?—COO等官能團(tuán)，而吸附后的活性炭又比吸附前的活性炭在表面上生成了大量的金屬絡(luò)合物，看出其吸附機(jī)理主要是金屬絡(luò)合反應(yīng)。

孫永昌等[27]以玉米芯木質(zhì)素(CL)為原料通過磷酸酸化后對(duì)其高溫煅燒、活化后制備木質(zhì)素基炭材料PA-CL，將其應(yīng)用于廢水中重金屬Cr(Ⅵ)的吸附。實(shí)驗(yàn)選擇pH=1，將 0.05 g PA-CL投入 100 mg/L 的溶液中，反應(yīng)3 h后，對(duì)Cr(Ⅵ)的最大吸附量為108.4 mg/g。FTIR表征分析出PA-C表面的 —OH基團(tuán)與Cr(Ⅵ)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)生成了金屬絡(luò)合物，其吸附機(jī)理主要為金屬絡(luò)合。

將木質(zhì)素作為原料進(jìn)行高溫活化制備的木質(zhì)素碳基吸附劑具有質(zhì)地輕盈、疏松、表面多孔等特點(diǎn)，適合應(yīng)用于廢水中重金屬離子的吸附。當(dāng)制作木質(zhì)素活性炭時(shí)發(fā)現(xiàn)降低活化劑的比例對(duì)環(huán)境是有益的，可以減少浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。現(xiàn)階段木質(zhì)素基活性炭材料大多還在實(shí)驗(yàn)室研究，沒有投入生產(chǎn)，希望未來在這一方面會(huì)有很大的進(jìn)步。

2.3 納米木質(zhì)素材料

納米科技領(lǐng)域中的納米材料是近年來飛速發(fā)展的一個(gè)分支，納米材料由于其獨(dú)特的性能，如高表面積、良好的電導(dǎo)率、良好的吸光率、電催化活性和化學(xué)穩(wěn)定性等，被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)領(lǐng)域[28]、醫(yī)藥領(lǐng)域[29]等。納米/微結(jié)構(gòu)木質(zhì)素的性能與相同組成的塊狀木質(zhì)素有很大的不同，因?yàn)樵谇耙环N情況下，無論該木質(zhì)素是否改性，納米木質(zhì)素與金屬結(jié)合都有較大的可接近表面積，木質(zhì)素基微球的制備和功能化已被廣泛研究[30]。

Chi等[31]將有機(jī)木質(zhì)素與零價(jià)納米鐵進(jìn)行改性制備出吸附劑 L-nZVI@Ab，用于吸附水中 Cr(Ⅵ)。實(shí)驗(yàn)以pH=5.6，溫度35 ℃時(shí)，將4 g L-nZVI@Ab 加入100 mL濃度為50 mg/L的鉻溶液中，反應(yīng)后最佳吸附量為46.2 mg/g。經(jīng)XPS分析吸附劑與 Cr(Ⅵ)反應(yīng)后，F(xiàn)e(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的峰強(qiáng)度因氧化還原反應(yīng)的發(fā)生而增加，其吸附機(jī)理主要是氧化還原反應(yīng)。吸附劑經(jīng)過4次循環(huán)解吸 Cr(Ⅵ)的去除率仍然很高，表明材料的穩(wěn)定性達(dá)到要求。

Nordin等[32]將木質(zhì)素與聚丙烯腈混合后進(jìn)行熱處理和酸處理制作出木質(zhì)素碳納米纖維(PAN/SLACNFs)作為吸附劑從水溶液中去除 Pb(Ⅱ)離子。吸附實(shí)驗(yàn)pH=5，將25 mg吸附劑加入 100 mg/L 的含Pb(Ⅱ)溶液中，經(jīng)過4 h吸附后，最佳吸附量為524 mg/g，去除率最高為67%。從粒子內(nèi)擴(kuò)散多線性圖看出Pb(Ⅱ)離子的吸附涉及表面相互作用及化學(xué)吸附。這些結(jié)果表明，PAN/SLACNFs 是從水溶液中去除Pb(Ⅱ)的有效吸附劑，具有作為廢水處理吸附劑的潛力。

利用納米技術(shù)將木質(zhì)素制備成不同的納米材料，不僅可以提高木質(zhì)素的利用價(jià)值，而且有利于環(huán)境保護(hù)和生物資源的高價(jià)值利用，符合可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，還可以創(chuàng)造性地制備新材料。然而，對(duì)于納米材料的實(shí)際應(yīng)用來說，如何制備納米復(fù)合材料，以及制備所花費(fèi)的人力、物力的成本問題等，這些問題急需解決。

3 國(guó)內(nèi)外對(duì)木質(zhì)素及改性木質(zhì)素吸附重金屬的實(shí)際應(yīng)用

我國(guó)對(duì)于木質(zhì)素的研究除了在實(shí)驗(yàn)室里，對(duì)于木質(zhì)素的實(shí)際應(yīng)用也非常廣泛，比如早年我國(guó)與蘇聯(lián)將木質(zhì)素用于水泥作增強(qiáng)劑，將改性木質(zhì)素投入手工制造業(yè)可以制造手工機(jī)械鑄鐵件[33]，近年來我國(guó)將木質(zhì)素大量制備酚醛泡沫材料用在化工領(lǐng)域，而國(guó)外以硫酸鹽木質(zhì)素代替石油基聚合物使用；在木質(zhì)素吸附重金屬方面，隨著研究的不斷進(jìn)展，學(xué)者發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素基材料擁有更大的比表面積，多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和多種含氧官能團(tuán)，使其能夠有效地吸收水體中的重金屬離子，我國(guó)早年有報(bào)道將木質(zhì)素改性產(chǎn)品處理食品廠污水，吸附水中的重金屬離子，方便水中蛋白質(zhì)沉淀、分離，然后將回收的蛋白質(zhì)作飼料[34]；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里測(cè)定重金屬，也有將木質(zhì)素活性炭與鹽酸、乙酸混合起來，用以測(cè)定重金屬含量。近年來國(guó)家還啟用了木質(zhì)素基重金屬吸附劑合成技術(shù)，合成成本約4 000元/t，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有商業(yè)離子交換樹脂市場(chǎng)售價(jià)，用以吸附廢水重金屬離子。

4 結(jié)束語

木質(zhì)素作為各種工業(yè)的低價(jià)副產(chǎn)物，近年來對(duì)其的關(guān)注和研究日益增長(zhǎng)，利用木質(zhì)素的高附加值制作材料取得了明顯的進(jìn)步，木質(zhì)素不僅在處理重金屬上有獨(dú)到之處，在其他領(lǐng)域上也有重大突破，但今后的發(fā)展需要更加注重制備方法的簡(jiǎn)單、環(huán)保，更加容易的控制木質(zhì)素改性，降低木質(zhì)素制作成本等問題[11]，因此以后的研究重點(diǎn)要注重一下幾方面：

(1)對(duì)于吸附系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和修改，特別是對(duì)于那些涉及到大量低成本工業(yè)廢料的系統(tǒng)，需要進(jìn)行深入研究。在宏觀、微觀和納米水平上對(duì)工業(yè)廢棄物成分進(jìn)行工程研究，可以為復(fù)雜環(huán)境或生物條件下的重金屬去除開辟一條新的途徑。

(2)提高木質(zhì)素的重復(fù)利用率，降低成本；將木質(zhì)素進(jìn)行改性的時(shí)候，能否制備出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、螯合性能好的改性木質(zhì)素也是需要解決的問題之一。

(3)深入了解木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)和吸附性能，為現(xiàn)有材料的優(yōu)化提供新的見解，并幫助調(diào)整新的木質(zhì)素吸附劑的開發(fā)研究更多的植物，發(fā)現(xiàn)更多植物本身存在的木質(zhì)素，以及探究其本身的多功能性也具有研究?jī)r(jià)值。

(4)木質(zhì)素是世界上儲(chǔ)量第二豐富的天然物質(zhì)，是眾多工藝的副產(chǎn)品，極有可能成為具有吸引力的吸附劑生產(chǎn)前體，因此需要投入大量精力進(jìn)行改性，以提高材料的性能。然而，日益嚴(yán)格的排放立法意味著，開發(fā)低成本的木質(zhì)素衍生吸附劑將繼續(xù)是優(yōu)先事項(xiàng)。

(5)盡管在過去幾十年取得了重大進(jìn)展，但木質(zhì)素基材料在實(shí)際應(yīng)用中仍未得到充分利用。木質(zhì)素復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)需要大量的努力來克服現(xiàn)有的挑戰(zhàn)。