高碘酸钠氧化对棉纤维基吸附剂吸附性能的影响

闫腾+岳新霞+孙凤+张德锁+陈宇岳+林红

摘要：文章通过碱活化棉纤维，经环氧氯丙烷环氧化和高碘酸钠氧化制备双氧化棉纤维，先后接枝β-环糊精和端氨基超支化聚合物，制备了一种棉纤维基吸附剂。对制备的吸附剂进行了表征，并通过模拟废水吸附实验优化了吸附剂制备过程中高碘酸钠对棉纤维的氧化工艺。结果表明，当高碘酸钠浓度为12 g/L，50 ℃水浴氧化反应 3 h制备的吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附容量达到最大值，最大吸附容量分别为65.7 mg/g和223.7 mg/g。

关键词：棉纤维；氧化；吸附剂；Pb2+；刚果红

中图分类号：TQ085 文献标志码：A

Effect of Sodium Periodate Oxidation on Adsorption Properties of Cotton Fiber-based Adsorbent

Abstract： In this paper， a kind of adsorbent was prepared by grafting β-cyclodextrin and amino-terminated hyperbranched polymer after the alkalization of cotton fiber through epoxy chloropropane epoxidation and sodium periodate oxidation. The prepared adsorbent was characterized. The oxidation technology for cotton fiber was optimized according to adsorption experiments with model wastewater. The result indicated that the cotton fiber-based adsorbent has best adsorption capacity to Pb2+ and Congo red when the cotton fibers were oxidized with 12 g/L sodium periodate at 50 ℃ for 3 h. The maximum adsorption capacity to Pb2+ and Congo red can reach 65.7 mg/g and 223.7 mg/g respectively.

Key words： cotton fiber； oxidation； adsorbent； Pb2+； Congo red

纺织工业所产生的各种废水中含有大量重金属离子以及各种染料和染整助剂等，这些废液一旦处理不当就会对水体产生破坏，如总磷氮含量增高，使水体富营养化，并可随食物链进入植物体、动物体乃至人体，并在人体内蓄积，危害人们的身体健康。纤维素作为自然界最为丰富且价格低廉的可再生资源，具有多孔性、高比表面积、无污染、易生物降解等特性，同时纤维素大分子内含有许多亲水性的羟基基团，这些优势都为其用作吸附材料提供了良好的基础。目前，利用纤维素基吸附材料来吸附、分离、提取过渡金属离子和贵重金属离子，已逐渐成为国内外研究的热点。

但是，天然纤维素吸附容量小，选择性低，这是由于纤维素分子结构单一的羟基基团，以及分子链间和分子链内部广泛形成的氢键降低了其反应活性。为了使纤维素达到人们所预期的吸附功能，需要对纤维素进行改性，制备一系列纤维素基吸附材料。β-环糊精（β-CD）是由 7 个葡萄糖分子通过α-1，4-糖苷键形成的环状低聚糖，具有 1 个环外亲水、环内疏水且有一定尺寸的锥形筒状空腔。β-CD特殊的疏水性空腔可以包络尺寸大小适宜的有机物分子，并且其分子表面分布的众多化学反应性羟基对金属离子具有螯合作用。端氨基超支化聚合物（HBP-NH2）因其独特的准球形分子结构和丰富的伯胺基和亚氨基，表现出高溶解度、低黏度、高反应活性等许多线型聚合物所不具有的特殊性能，这些活性基团有助于螯合重金属离子，同时内部的孔隙也有助于吸附染料等有机污染物。

本文以棉纤维为载体，在已有的棉纤维经环氧化后接枝β-CD工艺的基础上，通过将环氧化后的碱化棉纤维进行双醛氧化，制得环氧化双醛氧化棉纤维，再先后接枝β-CD和HBP-NH2以制备新型棉纤维基吸附剂。探讨了双醛氧化工艺中氧化剂浓度、温度、时间对制备的吸附剂吸附性能的影响，并利用红外光谱和扫描电镜对吸附剂进行了表征。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

实验材料和试剂：棉纤维（市售），试剂有HBP-NH2（实验室自制）、NaIO4、环氧氯丙烷、NaOH、β-CD、丙三醇、PbCl2、Na2S2O3、酚酞、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、刚果红等，以上试剂为分析纯。

实验仪器：U-3010型紫外可见光分光光度计（日本日立公司）；Nicolet-500型红外光谱仪（美国尼高力公司）；iCAP6300型电感耦合等离子体发射光谱仪（赛默飞世尔科技有限公司）；S-4800型扫描电子显微镜（日本日立公司）；DW-HL100型超低温冰箱（中科美菱低温科技有限责任公司）；FD-1C-50型冷冻干燥机（北京博医康实验仪器有限公司）。

1.2 棉纤维基吸附剂的制备

1.2.1 棉纤维的环氧化和双醛氧化

环氧化：将 5 g经氢氧化钠活化的棉纤维置于锥形瓶中，加入适量去离子水溶胀30 min，然后依次将40 mL NaOH（30 wt%）溶液、30 mL环氧氯丙烷以及0.1 g十六烷基三甲基溴化铵加入到上述体系中，40 ℃恒温搅拌2.5 h。用去离子水及无水乙醇充分洗涤后烘干得到环氧化棉纤维备用。

双醛氧化：称取一定量的环氧化棉纤维置于棕色瓶中，加入适量一定浓度的NaIO4溶液，在一定温度下持续搅拌避光反应一定时间，将反应后的纤维置于0.1 mol/L的丙三醇溶液中浸泡30 min（除去未反应的NaIO4），再用去离子水充分洗净后烘干得到双氧化棉纤维。

1.2.2 功能基团的接枝

接枝β-CD：将双氧化棉纤维置于溶有β-CD的NaOH溶液（30 wt%）中，浴比 1∶50，双氧化棉纤维与环糊精的质量比为 1∶1.5，45 ℃水浴振荡反应2.5 h，用去离子水充分洗净并烘干备用。

接枝HBP-NH2：将上述产物置于浓度为15 g/L的HBPNH2溶液中，60 ℃下水浴反应 2 h，用去离子水充分洗涤后冷冻干燥制得吸附剂。

1.3 棉纤维基吸附剂的表征

1.3.1 红外光谱（FT-IR）分析

将改性前后棉纤维剪碎后与干燥的KBr充分混匀，压成透明薄片，在20 ℃、65%相对湿度下进行红外光谱测试，扫描范围波数400 ～ 4 000 cm-1。

1.3.2 扫描电镜（SEM）观察

将一小束纤维置于铜质样品台上，喷金后在扫描电镜下观察改性前后棉纤维的形貌。环境温度为20 ℃，相对湿度65%。

1.4 吸附实验

1.4.1 刚果红标准曲线的绘制

分别配制浓度为 5、10、15、20、25、30、35、40、45和50 mg/L的刚果红水溶液，利用紫外可见光分光光度计在波长为498 nm处测定其吸光度并绘制标准曲线（图 1）。

1.4.2 模拟废水吸附实验及吸附容量的计算

称取0.2 g吸附剂分别置于100 mL浓度为500 mg/L的PbCl2和刚果红溶液中，30 ℃下吸附12 h，取上层清液使用电感耦合等离子体发射光谱仪和紫外可见光分光光度计分别测定溶液中Pb2+和刚果红的含量，并按下式计算吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附容量Q。

2.1 棉纤维基吸附剂的表征

2.1.1 红外光谱分析

本研究通过氧化接枝β-CD和HBP-NH2制备了改性棉纤维吸附剂，首先通过红外光谱对其结构进行了表征。图 2为碱活化棉纤维，环氧化双醛氧化棉纤维，以及接枝改性的棉纤维吸附剂的红外光谱图。

从图 2 可以看出，环氧化双醛氧化棉纤维（曲线b）与碱活化棉纤维（曲线a）相比，环氧化双醛氧化棉纤维在817 cm-1处出现了微弱的环氧基特征吸收峰以及在1 729 cm-1处出现了醛基的特征吸收峰，说明通过双氧化处理使得棉纤维大分子链上具有了环氧基和醛基，这为后续接枝β-CD和HBP-NH2提供了条件。接枝改性后棉纤维基吸附剂（曲线c）在1 554 cm-1处出现了HBP-NH2中氨基N-H弯曲振动吸收峰，并且其环氧基和醛基的特征吸收峰消失，由此表明β-CD和HBP-NH2接枝到了棉纤维上，成功制备了改性棉纤维吸附剂。

从图 3 可以看出，原棉纤维（图3（a））呈扁条带状，带有明显的天然转曲，而经环氧化和双醛氧化的棉纤维（图3（b））由于碱液的活化润胀作用使天然转曲基本消失，同时由于NaIO4氧化过程中的“剥皮反应”使纤维表面变得粗糙，出现了细小裂纹和深浅不一的纵向侵蚀条纹。当接枝β-CD和HBP-NH2后，改性棉纤维（图3（c））整体呈柱状且表面光滑，裂纹及侵蚀条纹消失，表面覆盖了一层物质，说明β-CD和HBP-NH2已经成功接枝在棉纤维上。

2.2 NaIO4氧化工艺对棉纤维基吸附剂吸附性能的影响

该部分以对Pb2+和刚果红吸附容量为评价指标，主要探讨棉纤维的双醛氧化过程中氧化剂浓度、氧化温度和氧化时间对制备的吸附剂吸附能力的影响。

从图 4 可以看出，吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附容量随着NaIO4浓度的升高出现先升高后下降的趋势，在NaIO4浓度为12 g/L时达到了最大值。主要原因为当NaIO4溶液浓度升高时，棉纤维中的醛基含量逐渐增加，HBP-NH2接枝率也相应提高，因此可以在棉纤维上接枝更多的活性基团，相应的吸附量也逐渐增大。当继续增大NaIO4溶液浓度时，氧化棉纤维上的醛基与纤维分子链上的羟基发生缩合，使可供反应试剂渗透扩散的微孔数目减少，IO4-离子更难向未反应的分子链内部再次渗透与扩散，致使氧化反应速率降低，醛基含量反而减少。同时高碘酸钠对棉纤维素具有较强的解聚作用，棉纤维在高碘酸钠溶液氧化过程中被溶解、剥离，棉纤维非结晶区部分遭到破坏，从而导致部分纤维素溶解，醛基含量下降，HBP-NH2接枝率也随之下降，所以吸附容量降低。

由图 5 可知，吸附剂对Pb2+和刚果红吸附容量随着氧化温度升高出现先增加后减少的变化趋势，在氧化温度为50 ℃时达到了最大吸附值。从动力学因素考虑，在一定的氧化剂浓度和氧化时间条件下，升高反应温度，提供能量，可增加反应活性，使反应加快。因此生成的醛基含量增多，HBP-NH2接枝率也相应提高，所制备的吸附剂上具有更多的活性基团可以用于Pb2+和刚果红的吸附，所以吸附量变大。当氧化温度超过50 ℃时，由于温度过高，反应体系中氧化降解等副反应大大增强，高碘酸钠可进一步氧化棉纤维分子链中的醛基而生成I2和CO2，消耗了一部分醛基，从而导致醛基含量反而降低，吸附剂活性基团的数量降低。同时温度越高，纤维受到的侵蚀、破坏作用也越大，纤维溶失量也增加，不利于吸附剂的制备。

3 结论

（1）以棉纤维为载体，通过环氧化和双醛氧化，先后接枝β-CD和HBP-NH2成功制备了一种新型的棉纤维基吸附剂。

（2）通过探讨NaIO4氧化过程中NaIO4溶液浓度、氧化时间、氧化温度对所制备的吸附剂吸附效果的影响，得出NaIO4氧化的最优工艺为：利用12 g/L的NaIO4溶液，在50 ℃下氧化 3 h。

（3）制备的改性棉纤维基吸附剂对Pb2+和刚果红均具有较好的吸附能力，最大吸附容量分别为65.7 mg/g和223.7 mg/g。

参考文献

[1] 王华，何玉凤，何文娟，等.纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展[J].水处理技术，2012，38（5）：1-6.

[2] 万军民，胡智文，陈文兴，等.纤维素纤维接枝β-环糊精的合成及其富集金属离子研究[J].高分子学报，2004，8（4）：556-571.

[3] 张峰.超支化聚合物的制备及对棉纤维的功能化改性[D].苏州：苏州大学，2009.

[4] 郭庆启，张娜，方桂珍.环氧化双醛氧化纤维素固定化β-半乳糖苷酶的研究[J].食品科学，2011，32（11）：204-208.

[5] 许云辉.选择性氧化法制备环境友好型功能性棉纤维研究[D].苏州：苏州大学，2006.

[6] 万军民.纤维素纤维接枝β-环糊精及其包络性能研究[D].杭州：浙江工程学院，2003.

[7] 王浩.蛋白棉纤维（制品）的制备及结构和性能研究[D].苏州：苏州大学，2008.

[8] Leandro V A G，Rossimiriam P F，Laurent F G.Adsorption of Cu（II），Cd（II），and Pb（II）from aqueous single metal solutions by sugarcane bagasse and mercerized sugarcane bagasse chemically modified with succinic anhydride[J].Carbohydrate Polymers，2004（74）：922-929.

[9] 钱军民，李祥旭.高碘酸钠氧化纤维素的研究[J].现代化工，2001，21（7）：27-30.

1.2.2 功能基团的接枝

接枝β-CD：将双氧化棉纤维置于溶有β-CD的NaOH溶液（30 wt%）中，浴比 1∶50，双氧化棉纤维与环糊精的质量比为 1∶1.5，45 ℃水浴振荡反应2.5 h，用去离子水充分洗净并烘干备用。

接枝HBP-NH2：将上述产物置于浓度为15 g/L的HBPNH2溶液中，60 ℃下水浴反应 2 h，用去离子水充分洗涤后冷冻干燥制得吸附剂。

1.3 棉纤维基吸附剂的表征

1.3.1 红外光谱（FT-IR）分析

将改性前后棉纤维剪碎后与干燥的KBr充分混匀，压成透明薄片，在20 ℃、65%相对湿度下进行红外光谱测试，扫描范围波数400 ～ 4 000 cm-1。

1.3.2 扫描电镜（SEM）观察

将一小束纤维置于铜质样品台上，喷金后在扫描电镜下观察改性前后棉纤维的形貌。环境温度为20 ℃，相对湿度65%。

1.4 吸附实验

1.4.1 刚果红标准曲线的绘制

分别配制浓度为 5、10、15、20、25、30、35、40、45和50 mg/L的刚果红水溶液，利用紫外可见光分光光度计在波长为498 nm处测定其吸光度并绘制标准曲线（图 1）。

1.4.2 模拟废水吸附实验及吸附容量的计算

称取0.2 g吸附剂分别置于100 mL浓度为500 mg/L的PbCl2和刚果红溶液中，30 ℃下吸附12 h，取上层清液使用电感耦合等离子体发射光谱仪和紫外可见光分光光度计分别测定溶液中Pb2+和刚果红的含量，并按下式计算吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附容量Q。

2.1 棉纤维基吸附剂的表征

2.1.1 红外光谱分析

本研究通过氧化接枝β-CD和HBP-NH2制备了改性棉纤维吸附剂，首先通过红外光谱对其结构进行了表征。图 2为碱活化棉纤维，环氧化双醛氧化棉纤维，以及接枝改性的棉纤维吸附剂的红外光谱图。

从图 2 可以看出，环氧化双醛氧化棉纤维（曲线b）与碱活化棉纤维（曲线a）相比，环氧化双醛氧化棉纤维在817 cm-1处出现了微弱的环氧基特征吸收峰以及在1 729 cm-1处出现了醛基的特征吸收峰，说明通过双氧化处理使得棉纤维大分子链上具有了环氧基和醛基，这为后续接枝β-CD和HBP-NH2提供了条件。接枝改性后棉纤维基吸附剂（曲线c）在1 554 cm-1处出现了HBP-NH2中氨基N-H弯曲振动吸收峰，并且其环氧基和醛基的特征吸收峰消失，由此表明β-CD和HBP-NH2接枝到了棉纤维上，成功制备了改性棉纤维吸附剂。

从图 3 可以看出，原棉纤维（图3（a））呈扁条带状，带有明显的天然转曲，而经环氧化和双醛氧化的棉纤维（图3（b））由于碱液的活化润胀作用使天然转曲基本消失，同时由于NaIO4氧化过程中的“剥皮反应”使纤维表面变得粗糙，出现了细小裂纹和深浅不一的纵向侵蚀条纹。当接枝β-CD和HBP-NH2后，改性棉纤维（图3（c））整体呈柱状且表面光滑，裂纹及侵蚀条纹消失，表面覆盖了一层物质，说明β-CD和HBP-NH2已经成功接枝在棉纤维上。

2.2 NaIO4氧化工艺对棉纤维基吸附剂吸附性能的影响

该部分以对Pb2+和刚果红吸附容量为评价指标，主要探讨棉纤维的双醛氧化过程中氧化剂浓度、氧化温度和氧化时间对制备的吸附剂吸附能力的影响。

从图 4 可以看出，吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附容量随着NaIO4浓度的升高出现先升高后下降的趋势，在NaIO4浓度为12 g/L时达到了最大值。主要原因为当NaIO4溶液浓度升高时，棉纤维中的醛基含量逐渐增加，HBP-NH2接枝率也相应提高，因此可以在棉纤维上接枝更多的活性基团，相应的吸附量也逐渐增大。当继续增大NaIO4溶液浓度时，氧化棉纤维上的醛基与纤维分子链上的羟基发生缩合，使可供反应试剂渗透扩散的微孔数目减少，IO4-离子更难向未反应的分子链内部再次渗透与扩散，致使氧化反应速率降低，醛基含量反而减少。同时高碘酸钠对棉纤维素具有较强的解聚作用，棉纤维在高碘酸钠溶液氧化过程中被溶解、剥离，棉纤维非结晶区部分遭到破坏，从而导致部分纤维素溶解，醛基含量下降，HBP-NH2接枝率也随之下降，所以吸附容量降低。

由图 5 可知，吸附剂对Pb2+和刚果红吸附容量随着氧化温度升高出现先增加后减少的变化趋势，在氧化温度为50 ℃时达到了最大吸附值。从动力学因素考虑，在一定的氧化剂浓度和氧化时间条件下，升高反应温度，提供能量，可增加反应活性，使反应加快。因此生成的醛基含量增多，HBP-NH2接枝率也相应提高，所制备的吸附剂上具有更多的活性基团可以用于Pb2+和刚果红的吸附，所以吸附量变大。当氧化温度超过50 ℃时，由于温度过高，反应体系中氧化降解等副反应大大增强，高碘酸钠可进一步氧化棉纤维分子链中的醛基而生成I2和CO2，消耗了一部分醛基，从而导致醛基含量反而降低，吸附剂活性基团的数量降低。同时温度越高，纤维受到的侵蚀、破坏作用也越大，纤维溶失量也增加，不利于吸附剂的制备。

3 结论

（1）以棉纤维为载体，通过环氧化和双醛氧化，先后接枝β-CD和HBP-NH2成功制备了一种新型的棉纤维基吸附剂。

（2）通过探讨NaIO4氧化过程中NaIO4溶液浓度、氧化时间、氧化温度对所制备的吸附剂吸附效果的影响，得出NaIO4氧化的最优工艺为：利用12 g/L的NaIO4溶液，在50 ℃下氧化 3 h。

（3）制备的改性棉纤维基吸附剂对Pb2+和刚果红均具有较好的吸附能力，最大吸附容量分别为65.7 mg/g和223.7 mg/g。

参考文献

[1] 王华，何玉凤，何文娟，等.纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展[J].水处理技术，2012，38（5）：1-6.

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[3] 张峰.超支化聚合物的制备及对棉纤维的功能化改性[D].苏州：苏州大学，2009.

[4] 郭庆启，张娜，方桂珍.环氧化双醛氧化纤维素固定化β-半乳糖苷酶的研究[J].食品科学，2011，32（11）：204-208.

[5] 许云辉.选择性氧化法制备环境友好型功能性棉纤维研究[D].苏州：苏州大学，2006.

[6] 万军民.纤维素纤维接枝β-环糊精及其包络性能研究[D].杭州：浙江工程学院，2003.

[7] 王浩.蛋白棉纤维（制品）的制备及结构和性能研究[D].苏州：苏州大学，2008.

[8] Leandro V A G，Rossimiriam P F，Laurent F G.Adsorption of Cu（II），Cd（II），and Pb（II）from aqueous single metal solutions by sugarcane bagasse and mercerized sugarcane bagasse chemically modified with succinic anhydride[J].Carbohydrate Polymers，2004（74）：922-929.

[9] 钱军民，李祥旭.高碘酸钠氧化纤维素的研究[J].现代化工，2001，21（7）：27-30.

1.2.2 功能基团的接枝

接枝β-CD：将双氧化棉纤维置于溶有β-CD的NaOH溶液（30 wt%）中，浴比 1∶50，双氧化棉纤维与环糊精的质量比为 1∶1.5，45 ℃水浴振荡反应2.5 h，用去离子水充分洗净并烘干备用。

接枝HBP-NH2：将上述产物置于浓度为15 g/L的HBPNH2溶液中，60 ℃下水浴反应 2 h，用去离子水充分洗涤后冷冻干燥制得吸附剂。

1.3 棉纤维基吸附剂的表征

1.3.1 红外光谱（FT-IR）分析

将改性前后棉纤维剪碎后与干燥的KBr充分混匀，压成透明薄片，在20 ℃、65%相对湿度下进行红外光谱测试，扫描范围波数400 ～ 4 000 cm-1。

1.3.2 扫描电镜（SEM）观察

将一小束纤维置于铜质样品台上，喷金后在扫描电镜下观察改性前后棉纤维的形貌。环境温度为20 ℃，相对湿度65%。

1.4 吸附实验

1.4.1 刚果红标准曲线的绘制

分别配制浓度为 5、10、15、20、25、30、35、40、45和50 mg/L的刚果红水溶液，利用紫外可见光分光光度计在波长为498 nm处测定其吸光度并绘制标准曲线（图 1）。

1.4.2 模拟废水吸附实验及吸附容量的计算

称取0.2 g吸附剂分别置于100 mL浓度为500 mg/L的PbCl2和刚果红溶液中，30 ℃下吸附12 h，取上层清液使用电感耦合等离子体发射光谱仪和紫外可见光分光光度计分别测定溶液中Pb2+和刚果红的含量，并按下式计算吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附容量Q。

2.1 棉纤维基吸附剂的表征

2.1.1 红外光谱分析

本研究通过氧化接枝β-CD和HBP-NH2制备了改性棉纤维吸附剂，首先通过红外光谱对其结构进行了表征。图 2为碱活化棉纤维，环氧化双醛氧化棉纤维，以及接枝改性的棉纤维吸附剂的红外光谱图。

从图 2 可以看出，环氧化双醛氧化棉纤维（曲线b）与碱活化棉纤维（曲线a）相比，环氧化双醛氧化棉纤维在817 cm-1处出现了微弱的环氧基特征吸收峰以及在1 729 cm-1处出现了醛基的特征吸收峰，说明通过双氧化处理使得棉纤维大分子链上具有了环氧基和醛基，这为后续接枝β-CD和HBP-NH2提供了条件。接枝改性后棉纤维基吸附剂（曲线c）在1 554 cm-1处出现了HBP-NH2中氨基N-H弯曲振动吸收峰，并且其环氧基和醛基的特征吸收峰消失，由此表明β-CD和HBP-NH2接枝到了棉纤维上，成功制备了改性棉纤维吸附剂。

从图 3 可以看出，原棉纤维（图3（a））呈扁条带状，带有明显的天然转曲，而经环氧化和双醛氧化的棉纤维（图3（b））由于碱液的活化润胀作用使天然转曲基本消失，同时由于NaIO4氧化过程中的“剥皮反应”使纤维表面变得粗糙，出现了细小裂纹和深浅不一的纵向侵蚀条纹。当接枝β-CD和HBP-NH2后，改性棉纤维（图3（c））整体呈柱状且表面光滑，裂纹及侵蚀条纹消失，表面覆盖了一层物质，说明β-CD和HBP-NH2已经成功接枝在棉纤维上。

2.2 NaIO4氧化工艺对棉纤维基吸附剂吸附性能的影响

该部分以对Pb2+和刚果红吸附容量为评价指标，主要探讨棉纤维的双醛氧化过程中氧化剂浓度、氧化温度和氧化时间对制备的吸附剂吸附能力的影响。

从图 4 可以看出，吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附容量随着NaIO4浓度的升高出现先升高后下降的趋势，在NaIO4浓度为12 g/L时达到了最大值。主要原因为当NaIO4溶液浓度升高时，棉纤维中的醛基含量逐渐增加，HBP-NH2接枝率也相应提高，因此可以在棉纤维上接枝更多的活性基团，相应的吸附量也逐渐增大。当继续增大NaIO4溶液浓度时，氧化棉纤维上的醛基与纤维分子链上的羟基发生缩合，使可供反应试剂渗透扩散的微孔数目减少，IO4-离子更难向未反应的分子链内部再次渗透与扩散，致使氧化反应速率降低，醛基含量反而减少。同时高碘酸钠对棉纤维素具有较强的解聚作用，棉纤维在高碘酸钠溶液氧化过程中被溶解、剥离，棉纤维非结晶区部分遭到破坏，从而导致部分纤维素溶解，醛基含量下降，HBP-NH2接枝率也随之下降，所以吸附容量降低。

由图 5 可知，吸附剂对Pb2+和刚果红吸附容量随着氧化温度升高出现先增加后减少的变化趋势，在氧化温度为50 ℃时达到了最大吸附值。从动力学因素考虑，在一定的氧化剂浓度和氧化时间条件下，升高反应温度，提供能量，可增加反应活性，使反应加快。因此生成的醛基含量增多，HBP-NH2接枝率也相应提高，所制备的吸附剂上具有更多的活性基团可以用于Pb2+和刚果红的吸附，所以吸附量变大。当氧化温度超过50 ℃时，由于温度过高，反应体系中氧化降解等副反应大大增强，高碘酸钠可进一步氧化棉纤维分子链中的醛基而生成I2和CO2，消耗了一部分醛基，从而导致醛基含量反而降低，吸附剂活性基团的数量降低。同时温度越高，纤维受到的侵蚀、破坏作用也越大，纤维溶失量也增加，不利于吸附剂的制备。

3 结论

（1）以棉纤维为载体，通过环氧化和双醛氧化，先后接枝β-CD和HBP-NH2成功制备了一种新型的棉纤维基吸附剂。

（2）通过探讨NaIO4氧化过程中NaIO4溶液浓度、氧化时间、氧化温度对所制备的吸附剂吸附效果的影响，得出NaIO4氧化的最优工艺为：利用12 g/L的NaIO4溶液，在50 ℃下氧化 3 h。

（3）制备的改性棉纤维基吸附剂对Pb2+和刚果红均具有较好的吸附能力，最大吸附容量分别为65.7 mg/g和223.7 mg/g。

参考文献

[1] 王华，何玉凤，何文娟，等.纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展[J].水处理技术，2012，38（5）：1-6.

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[3] 张峰.超支化聚合物的制备及对棉纤维的功能化改性[D].苏州：苏州大学，2009.

[4] 郭庆启，张娜，方桂珍.环氧化双醛氧化纤维素固定化β-半乳糖苷酶的研究[J].食品科学，2011，32（11）：204-208.

[5] 许云辉.选择性氧化法制备环境友好型功能性棉纤维研究[D].苏州：苏州大学，2006.

[6] 万军民.纤维素纤维接枝β-环糊精及其包络性能研究[D].杭州：浙江工程学院，2003.

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