《广西科学》于2024年11月14日网络首发了苏珂和黄慨的研究论文《氨基化木质素多孔材料吸附Cd(Ⅱ)的性能研究》。该研究由广西大学化学化工学院和广西科学院国家非粮生物质能源工程技术研究中心共同完成，旨在解决水体中镉（Cd）对人体健康的持续性危害问题，开发可降解的木质素基生物吸附材料，并探讨其吸附水环境中Cd(Ⅱ)的性能。
镉（Cd）是一种Ⅰ类致癌物，通过采矿、金属冶炼、农业灌溉等工农业生产活动进入自然环境，导致重金属污染问题日益加剧。传统处理镉废水的方法如物理、化学和生物法虽然有效，但成本高昂且可能造成二次污染。吸附法因其成本低、吸附能力强和可循环性，成为处理含Cd(Ⅱ)废水的首选方案。然而，市面上的石墨烯、碳纳米管等吸附剂成本较高，限制了其广泛应用。木质素作为地球上数量仅次于纤维素的第二大生物质资源，因其结构复杂、反应性低，大部分被用于燃烧发电，造成资源浪费。近年来，科学家发现木质素可用于药物合成、增强纸张强度等领域，但其作为生物吸附剂的潜力尚未充分挖掘。本研究通过氨基化改性木质素，提升其对Cd(Ⅱ)的吸附能力，为木质素的高值化利用提供新途径。
研究流程包括材料制备、表征、吸附实验、再生及竞争吸附实验等步骤。
材料制备
以甘蔗渣木质素为原料，通过磷酸-丙酮-水体系拆解甘蔗渣，提取木质素。随后利用曼尼希反应，将三（羟甲基）氨基甲烷（Tris）接枝到木质素上，制备氨基化木质素多孔材料（M-ALS）。具体步骤包括：将木质素与NaOH溶液混合，超声搅拌后加入Tris和甲醛溶液，在90℃下反应5小时，最后用HCl沉淀、洗涤并冷冻干燥。
表征分析
通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积与孔径分布分析（BET）、Zeta电位和接触角测量等手段对M-ALS进行表征。SEM结果显示M-ALS表面具有多孔结构；FTIR分析证实氨基成功接枝；BET数据显示M-ALS的比表面积和孔隙体积显著增加；Zeta电位和接触角分析表明M-ALS具有亲水性，易于在水溶液中分散。
吸附实验
研究M-ALS对Cd(Ⅱ)的吸附性能，考察pH值、吸附时间、吸附剂用量、Cd(Ⅱ)初始浓度和反应温度等因素的影响。实验结果表明，在pH值为5、温度为45℃时，M-ALS对Cd(Ⅱ)的吸附量达到86 mg/g。吸附时间实验显示，M-ALS在60分钟内达到吸附平衡。吸附剂用量实验表明，当M-ALS用量为0.02 g时，Cd(Ⅱ)去除率达到98%。
再生及重复利用实验
将吸附后的M-ALS用2% HCl溶液浸泡再生，经过5次循环使用后，M-ALS的吸附能力仍保持在80%左右，证明其具有良好的重复使用性。
竞争吸附实验
研究Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)对Cd(Ⅱ)的竞争吸附影响。结果显示，M-ALS对Cd(Ⅱ)的吸附能力在混合体系中显著降低，可能与离子半径差异有关。Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)在孔隙中积累，占据了Cd(Ⅱ)的吸附位点。
吸附机理分析
通过XPS分析，证实氨基与Cd(Ⅱ)之间形成稳定的螯合物，增强了M-ALS的吸附能力。C1s和O1s谱图的变化表明，氧元素提供的孤电子对参与了吸附过程。
材料表征
M-ALS具有多孔结构，比表面积为27.443 m²/g，孔隙体积为0.321 cm³/g，平均孔径为19.099 nm。FTIR和XPS分析证实氨基成功接枝，且M-ALS具有亲水性。
吸附性能
M-ALS在pH值为5、温度为45℃时，对Cd(Ⅱ)的吸附量达到86 mg/g。经过5次循环使用后，吸附能力仍保持在80%左右。
竞争吸附
在混合体系中，M-ALS对Cd(Ⅱ)的吸附能力显著降低，Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)对Cd(Ⅱ)的吸附产生竞争。
吸附机理
氨基与Cd(Ⅱ)形成稳定的螯合物，氧元素提供的孤电子对增强了吸附能力。
本研究成功制备了氨基化木质素多孔材料（M-ALS），并证明其对Cd(Ⅱ)具有优异的吸附性能。M-ALS的多孔结构、亲水性和氨基接枝显著提升了其吸附能力，且在多次循环使用后仍保持较高的吸附效率。研究结果为木质素的高值化利用提供了新途径，并为处理含Cd(Ⅱ)废水提供了有效策略。
研究还探讨了M-ALS在其他重金属离子竞争吸附中的表现，为未来优化M-ALS的应用策略提供了重要线索。此外，研究通过XPS深入分析了吸附机理，为开发高效生物吸附材料提供了理论支持。