董愛琴，劉 倩，謝 杰

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所，江西 南昌 330200； 3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642)

近年來，伴隨著工業(yè)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，水體污染，尤其是重金屬污染已經(jīng)成為全球性的環(huán)境問題。而其中最引人關(guān)注的是Cd、Hg、Cr(Ⅵ)等重金屬元素，在這些重金屬污染物中，Cd因可以引發(fā)胸悶﹑呼吸衰竭、骨痛甚至腎功能衰減等癥狀，且極易在人體內(nèi)蓄積，對人類的健康造成嚴(yán)重危害[1]，而獲得廣泛的關(guān)注。

為了治理此類廢水，人們研究了多種處理方法[2]，包括植物修復(fù)技術(shù)[3]，生物去除技術(shù)[4]，吸附法[5]，膜分離法[6]等物理處理技術(shù)以及化學(xué)沉淀法[7]、鐵氧化沉淀法[8]、離子交換法[9]等化學(xué)處理技術(shù)。然而，各種方法的優(yōu)缺點都很明顯，相比之下，吸附法具有吸附效率高、吸附產(chǎn)物易處理等優(yōu)點，因此在重金屬廢水處理中應(yīng)用較為廣泛[10]。然而，吸附劑的種類又有很多種，選擇高效廉價的吸附劑是吸附法中最重要的一點[11-12]。有機合成高分子吸附劑的應(yīng)用比較廣泛，具有能吸附多種重金屬離子、吸附容量大等優(yōu)點，但存在單體毒性大、使用壽命短、再生費用高及難降解等缺點[13]。而改性天然高分子材料吸附劑是目前國內(nèi)外研究的熱點，具有原料來源廣、成本低、毒性小等優(yōu)點，且制備過程充分利用了天然材料所富含的官能團，降低了合成工藝難度，最終產(chǎn)品也易于被自然降解[14]。改性天然高分子材料吸附劑中又以天然的多糖及其衍生物為研發(fā)重點，如淀粉、殼聚糖、改性纖維素等[15]。在這些天然高分子材料中，淀粉作為一種來源廣泛的天然可再生資源，具有可生物降解和活性官能團多的優(yōu)點，其作為重金屬吸附材料的應(yīng)用得到研究者的關(guān)注[16-17]。Guo等[18]研究了磷酸化交聯(lián)淀粉對鉛離子的吸附，謝新玲等[19]分別以陽離子淀粉、磷酸酯淀粉、尿素淀粉等5種改性淀粉為吸附劑，測量吸附后的重金屬離子的質(zhì)量濃度。

相波等[20]用醚化法制備了交聯(lián)氨基淀粉并研究了其對銅離子的吸附，結(jié)果表明交聯(lián)氨基淀粉對銅離子有較好的吸附效果，但是醚化法制備交聯(lián)氨基淀粉條件控制比較嚴(yán)格。本文采用玉米淀粉為原料，依次進行堿化交聯(lián)反應(yīng)、雙醛化反應(yīng)和氨基化反應(yīng)制備交聯(lián)氨基淀粉，研究交聯(lián)氨基淀粉吸附劑對含Cd2+模擬廢水的吸附效果，并研究了交聯(lián)氨基淀粉使用量、模擬廢水pH值和離子強度、吸附反應(yīng)時間等因素對吸附效果的影響，同時進行了吸附過程動力學(xué)和熱力學(xué)模擬。結(jié)果顯示，以玉米淀粉為原料制備的交聯(lián)氨基淀粉吸附劑對Cd2+具有良好的吸附效果，具有工業(yè)化應(yīng)用的良好前景。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

玉米淀粉：食品級，采購自南昌市場；氯化鎘、高碘酸鈉、乙二胺、環(huán)氧氯丙烷、鹽酸、氫氧化鈉、硝酸鈉：分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司(上海)；所有試驗用水均為超純水；含鎘廢水均采用氯化鎘溶液進行模擬。

AA240 型原子吸收分光光度計：Varian，美國；Nicolet-IR200 型傅立葉變換紅外光譜儀：Thermo，美國；FE20精密pH計：Mettler Toledo，中國上海；AL204型分析天平：Mettler Toledo，中國上海；SHA-C型恒溫震蕩器：國華，中國常州；D11921型超純水機：Thermo，美國。

1.2 實驗方法

圖1 交聯(lián)氨基淀粉的制備方程式Fig.1 Chemical equation of preparing process for CASt

1.2.1 交聯(lián)氨基淀粉吸附劑的制備 交聯(lián)淀粉(CSt)的制備：室溫條件下，將玉米淀粉按比例加入NaOH質(zhì)量濃度約6.7‰的稀堿液中，攪拌均勻后再緩慢加入環(huán)氧氯丙烷，維持堿性環(huán)境，反應(yīng)5 h后停止反應(yīng)，靜置30 min后抽濾、水洗，獲得的CSt樣品在60 ℃環(huán)境下干燥，保存。

雙醛淀粉(DASt)的制備[21]：首先將濃度為0.5 mol/L的高碘酸鈉溶液加入到三口燒瓶中，用0.5 mol/L的HCl溶液將高碘酸鈉溶液pH值調(diào)到1.2～1.5，然后將上一步反應(yīng)得到的交聯(lián)淀粉加入到三口燒瓶中，避光，攪拌均勻。將三口燒瓶放入恒溫水浴鍋中，設(shè)定溫度為25 ℃，避光反應(yīng)3 h。得到的DASt產(chǎn)品經(jīng)過抽濾、洗滌后干燥保存。

交聯(lián)氨基淀粉(CASt)的制備[22]：首先將配制好的乙二胺溶液加入到三口燒瓶中，用濃度為0.5 mol/L的HCl和0.5 mol/L的 NaOH將溶液調(diào)至不同的pH值，然后將干燥的雙醛氧化淀粉加入到三口燒瓶中，攪拌均勻，恒溫反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后將三口燒瓶中的溶液抽濾，抽濾產(chǎn)品依次用去離子水和丙酮洗滌，干燥，備用。圖1是CASt制備過程的主要方程式。

1.2.2 Cd2+溶液的配制 準(zhǔn)確稱取1.630 8 g(精確到0.000 1 g)氯化鎘，溶解于100 mL去離子水中，定容至1 L，配制成1 000 mg/L的Cd2+標(biāo)準(zhǔn)溶液，并分別稀釋至不同濃度的Cd2+溶液備用。

1.2.3 吸附劑投入量實驗 在錐形瓶中加入100 mL質(zhì)量濃度為100 mg/L的Cd2+溶液，分別加入0.10，0.15，0.20，0.40，0.60，1.00，1.20 g的交聯(lián)氨基淀粉吸附劑，調(diào)節(jié)溶液pH為6，在室溫條件下振蕩4 h，靜置，過濾，取上清液，用AA240 型原子吸收分光光度計(火焰吸光度法)測定溶液中Cd2+的濃度。

1.2.4 不同pH以及離子強度吸附實驗 在錐形瓶中分別加入50 mL不同濃度的(0.2，0.02，0.002 mol/L)NaNO3溶液作為支持電解質(zhì)，再分別加入50 mL質(zhì)量濃度為200 mg/L的Cd2+溶液，在每個錐形瓶中投加0.60 g交聯(lián)氨基淀粉吸附劑，用0.1 mol/L的HCl或0.1 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值，在室溫條件下振蕩4 h，靜置，過濾，取上清液，火焰吸光度法測定Cd2+的濃度。

1.2.5 吸附動力學(xué)實驗 在錐形瓶中加入100 mL 濃度為100 mg/L、pH為6的Cd2+溶液，投加0.60 g交聯(lián)氨基淀粉吸附劑，在室溫條件下振蕩20，30，40，50，60，80，120，180 min，靜置，過濾，使用火焰吸光度法測定不同吸附時間后溶液中Cd2+的含量。

1.2.6 等溫吸附實驗 在錐形瓶中加入初始Cd2+濃度為100，200，300，400，500，600 mg/L的模擬廢水，在反應(yīng)溫度為恒溫25 ℃，交聯(lián)氨基淀粉投加量為0.60 g，pH為6的條件下，振蕩吸附4 h后測定溶液中Cd2+的濃度。所有吸附實驗均設(shè)置3次重復(fù)。

1.2.7 交聯(lián)氨基淀粉結(jié)構(gòu)的表征 FTIR：將10 mg烘干的樣品與1 000 mg光譜純KBr粉末混勻，于瑪瑙研缽中充分磨碎，10 t/cm2下壓片，用 Nicolet-IR200紅外光譜儀在4 000～400 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)對玉米原淀粉、交聯(lián)氨基淀粉及吸附Cd2+后的交聯(lián)氨基淀粉樣品進行掃描。

1.3 結(jié)果計算

水溶液中Cd2+的去除率(P)和吸附容量(Q)用下式計算:

(1)

(2)

(1)、(2)式中：P為離子去除率，%；Q為吸附容量，mg/g；V為待測液體積，L；C0為吸附前Cd2+離子濃度，mg/L；C1為吸附后Cd2+離子濃度，mg/L；W為CASt吸附劑干質(zhì)量，g。

采用準(zhǔn)一級動力學(xué)模型和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型對吸附過程擬合：

準(zhǔn)一級動力學(xué)方程：

(3)

準(zhǔn)二級動力學(xué)方程：

(4)

(3)、(4)式中：Qt為任一時間的吸附容量(由式2計算得到)，mg/g；Qe為平衡吸附量，mg/g；t為吸附時間，min；k1為一級吸附速率常數(shù)；k2為二級吸附速率常數(shù)。

采用Langmuir 等溫吸附模型和Freundlich等溫吸附模型對吸附過程進行擬合：

Langmuir 等溫吸附：

(5)

(5)式中：Qe為平衡吸附量，mg/g；Q0為極限吸附量，mg/g；b為吸附常數(shù)；Ce為平衡狀態(tài)下Cd2+離子濃度，mg/L。

Langmuir吸附等溫方程還可以定義一個無量綱的分離因子RL，其表達式為：

(6)

RL可用于表示吸附過程的性質(zhì)，當(dāng)01，為非優(yōu)惠吸附；當(dāng)RL< 1，為可逆吸附；當(dāng)RL=0，為非可逆吸附[23]。優(yōu)惠吸附表示在溶液濃度較低的時候，吸附劑的吸附容量保持較高水平；非優(yōu)惠吸附表示在開始時吸附較難進行，而且不利于對有效成分的吸附。

Freundlich等溫吸附：

(7)

(7)式中：Qe為平衡吸附量，mg/g；Ce為平衡狀態(tài)下Cd2+離子濃度，mg/L；KF為表示吸附能力的相對大小。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office2013軟件進行數(shù)據(jù)處理，使用Origin 9.0繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 交聯(lián)氨基淀粉及吸附Cd2+后紅外光譜分析

使用傅立葉變換紅外光譜儀分別對玉米原淀粉、制備得到的交聯(lián)氨基淀粉以及吸附Cd2+后的交聯(lián)氨基淀粉進行紅外光譜掃描，結(jié)果見圖2。從圖中曲線a可以看到，原淀粉在3 400 cm-1波數(shù)附近出現(xiàn)一個明顯的寬峰結(jié)構(gòu)，這是羥基中氫氧鍵(O-H)的伸縮振動峰；2 900 cm-1波數(shù)附近出現(xiàn)的尖峰則是碳鏈上的飽和碳?xì)滏I(C-H)的伸縮振動峰。上述兩個伸縮振動峰同時存在于3種材料中，所不同的是峰的寬度和形狀(圖2中曲線a、b、c)。交聯(lián)氨基淀粉(曲線b)在1 652.78 cm-1的強吸收為碳氮雙鍵的伸縮振動峰，說明對淀粉的改性過程中確實產(chǎn)生了C=N鍵(1處)。由于淀粉鏈上有大量的羥基，而O-H和N-H在3 000～3 400 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)都有強吸收，因而無法準(zhǔn)確辨別氨基的伸縮振動峰，干擾了氨基的鑒別。但是，通過對比曲線a和曲線b可以發(fā)現(xiàn)，淀粉改性后，3 400 cm-1波數(shù)附近寬峰發(fā)生了明顯變化，說明改性過程確實引入了氨基。同時，曲線b中，在波數(shù)范圍在1 560～1 640 cm-1附近出現(xiàn)新的譜線，也就是氨基基團的面內(nèi)振動峰，這也從側(cè)面說明產(chǎn)物中成功引入了氨基基團。

a：淀粉； b：交聯(lián)氨基淀粉；c：交聯(lián)氨基淀粉-Cd2+a:Starch;b:CASt;c:CASt-Cd2+圖2 交聯(lián)氨基淀粉的紅外光譜Fig.2 IR spectrum of Starch,CASt and CASt-Cd2+

圖3 交聯(lián)氨基淀粉投入量對Cd2+吸附效果的影響Fig.3 Effect of adsorbent dosage on absorption efficiency of Cd2+

吸附Cd2+后的交聯(lián)氨基淀粉(曲線c)與交聯(lián)氨基淀粉相比有明顯的不同，在3 390 cm-1附近(2處)，是氨基、羥基伸縮振動吸收重疊峰，吸附Cd2+后這個吸收峰向低波數(shù)移動，同時1 652.78 cm-1處尖峰消失，而1 747 cm-1處出現(xiàn)尖峰(3處)，表明原有的C=N鍵可能打開，同時Cd2+與開鍵后的N原子結(jié)合生成新的N-Cd配位鍵，由于開鍵后的N原子有孤對電子，是供電子基團，因此N-Cd配位鍵的形成使得N原子上的孤對電子移向Cd，N原子周圍電子密度的降低使得N-H鍵伸縮振動所需能量減小，從而導(dǎo)致N-H鍵的伸縮振動吸收峰向低波數(shù)方向移動。

2.2 吸附劑投入量對吸附性能的影響

交聯(lián)氨基淀粉投入量的變化對吸附劑吸附量和Cd2+去除率的影響結(jié)果見圖3，很明顯，隨著交聯(lián)氨基淀粉使用量的增大，其對重金屬Cd2+的去除率明顯增強，去除率從添加量為0.1 g時的52.81%逐步上升到添加量為0.6 g時的約92%后基本不再變化，而單位質(zhì)量吸附劑吸附量卻明顯下降。這是由于當(dāng)交聯(lián)氨基淀粉吸附劑的使用量加大時，反應(yīng)體系里參與吸附作用的吸附基團的量也增多，這時吸附劑表面可以跟金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)的活性位點也增多，活性位點的增多使得更多的Cd2+發(fā)生配位反應(yīng)，因此Cd離子的去除率會隨著吸附劑使用量的增大而增大[24]。但是，反應(yīng)體系中Cd2+的總量是不變的，所以當(dāng)吸附劑與Cd2+的反應(yīng)飽和后，繼續(xù)增加吸附劑的用量反而使得多余的吸附位點不能被利用，吸附劑單位質(zhì)量的吸附量會降低。為了使單位質(zhì)量重金屬吸附量和Cd2+去除率都達到最佳值，交聯(lián)氨基淀粉的使用量定為模擬廢水質(zhì)量的0.6%，此時的Cd2+去除率為91.58%。

2.3 溶液pH和離子強度對吸附性能的影響

不同離子強度下pH對吸附劑吸附性能的影響見圖4。從圖4可以看到，Cd2+的去除率和單位質(zhì)量吸附劑的吸附量隨著pH的升高逐漸上升，在pH為6時達到最高，pH為7時與pH=6時基本持平，但是進一步提高pH，兩者均出現(xiàn)下降。這是因為，當(dāng)體系pH值較低時，反應(yīng)體系中H+的濃度較大，H+可以和交聯(lián)氨基淀粉上的氨基基團發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，交聯(lián)氨基淀粉中的-NH2可以與H+結(jié)合形成質(zhì)子化的-NH3+，質(zhì)子化的-NH3+與Cd2+絡(luò)合能力較小，而可以發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的-NH2濃度降低，因此在低pH值條件下，交聯(lián)氨基淀粉對Cd2+的吸附效果較差。隨著體系pH值的增大，H+與金屬離子的競爭吸附作用減弱，交聯(lián)氨基淀粉中質(zhì)子化的-NH3+隨著H+濃度的降低逐漸生成游離的-NH2，游離-NH2濃度的增大使得Cd2+去除率逐漸增大。當(dāng)pH大于7時，Cd2+離子與OH-反應(yīng)生成沉淀，使得Cd2+的去除率反而有所下降。因此交聯(lián)氨基淀粉在中性偏酸的廢水中能夠表現(xiàn)出最佳的吸附活性，其最佳的吸附pH為6。

離子強度是影響交聯(lián)氨基淀粉對溶液中Cd2+吸附能力的另一重要因素。從圖4可以看出，當(dāng)pH<7時，交聯(lián)氨基淀粉對溶液中Cd2+吸附量在0.001 mol/L的NaNO3溶液中最高，而在0.1 mol/L的NaNO3溶液中最低。而在相同的pH條件下，隨著NaNO3濃度的增大，溶液體系的離子強度增加，交聯(lián)氨基淀粉對Cd2+的吸附能力逐漸降低，這可能是因為溶液中的Na+是支持電解質(zhì)離子，支持電解質(zhì)離子可以與交聯(lián)氨基淀粉表面的活性吸附位點發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，這就和Cd2+與交聯(lián)氨基淀粉表面吸附位點的絡(luò)合反應(yīng)產(chǎn)生競爭作用，增大體系中NaNO3的濃度，會增大體系的離子強度，使得參與交聯(lián)氨基淀粉競爭吸附的Na+濃度增大，從而導(dǎo)致交聯(lián)氨基淀粉對 Cd2+的結(jié)合幾率減?。欢鳦d2+可以跟其周圍的負(fù)離子形成的“離子氛”，體系離子強度增大時，增大的不僅僅是Na+的濃度，NO3-的濃度也在增大，那么Cd2+的“離子氛”也在增強，從而阻礙Cd2+向交聯(lián)氨基淀粉吸附位點的靠近。

圖4 不同pH條件下離子強度對交聯(lián)氨基淀粉吸附Cd2+的影響Fig.4 Effect of NaNO3 concentrations on absorption efficiency of Cd2+ at different pH

圖5 吸附時間對Cd2+吸附效果的影響Fig.5 Effect of reaction time on absorption efficiency of Cd2+

2.4 吸附動力學(xué)

依據(jù)吸附動力學(xué)實驗條件(1.2.5)，以不同振蕩時間對Cd2+的吸附量作圖，結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，交聯(lián)氨基淀粉吸附劑對Cd2+的吸附容量隨著時間的增加而增大，在吸附起初階段，吸附量隨時間的增大上升速度較快，這可能是因為在吸附劑與吸附質(zhì)間存在范德華引力，因為范德華引力的作用使得吸附劑對Cd2+有較大的吸附量，這表明這種快速的物理吸附在吸附初始階段是占主導(dǎo)地位[25]；當(dāng)吸附反應(yīng)持續(xù)一段時間后，吸附劑的吸附容量不再發(fā)生明顯的變化，最終達到吸附平衡。這是因為，隨著吸附反應(yīng)的進行，交聯(lián)氨基淀粉吸附劑表面的活性位點較少，同時氨基淀粉的分子鏈不斷扭曲變形與金屬離子進行配位，導(dǎo)致吸附能力達到極限。

用準(zhǔn)一級動力學(xué)模型(式3)和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型(式4)擬合了圖5中的數(shù)據(jù)，并對其動力學(xué)機理進行了分析。結(jié)果見圖6和表1。

圖6 交聯(lián)淀粉吸附Cd2+的準(zhǔn)一級(a)和準(zhǔn)二級(b)動力學(xué)模型擬合曲線Fig.6 The pseudo-first-order (a) and pseudo-second-order (b) plot of Cd2+by CASt

比較表1 中的動力學(xué)模型擬合參數(shù)可以看出，用準(zhǔn)二級動力學(xué)模型擬合交聯(lián)氨基淀粉吸附劑對Cd2+的吸附過程的相關(guān)系數(shù)R2達到0.983 5，有研究認(rèn)為，當(dāng)擬合相關(guān)系數(shù)R2>0.980時，則可認(rèn)為此模型可以用來描述該吸附過程的動力學(xué)過程[26]；且由準(zhǔn)二級動力學(xué)模型擬合得到的平衡吸附量與平衡吸附容量的實驗值吻合的也比較好，因此，準(zhǔn)二級動力學(xué)模型擬合的效果比一級動力學(xué)模型擬合的效果好些。此外，準(zhǔn)二級動力學(xué)模型表明吸附由表面反應(yīng)過程控制，而非吸附質(zhì)擴散過程控制。而一級動力學(xué)模型是基于假定吸附受擴散步驟控制而言[27]，所以一級動力學(xué)模型更適合描述吸附過程的初始階段而不是全過程。

表1 動力學(xué)模型擬合參數(shù)

圖7 初始濃度對Cd2+吸附效果的影響 Fig.7 Effect of initial concentration on adsorption efficiency of Cd2+

2.5 等溫吸附

依據(jù)等溫吸附試驗條件(1.2.6)，以不同Cd2+初始濃度振蕩吸附4 h，研究平衡濃度與單位吸附劑吸附量之間的關(guān)系，結(jié)果見圖7。由圖中看出，當(dāng)Cd2+初始濃度小于400 mg/L時，隨著Cd2+濃度的增加，平衡吸附量也在增加，這是因為隨著Cd2+濃度的增大，Cd2+與交聯(lián)氨基淀粉活性位點的絡(luò)合幾率也增大，吸附反應(yīng)朝著絡(luò)合的正方向進行，吸附量增大。但是，當(dāng)Cd2+初始濃度大于400 mg/L時，體系平衡吸附量卻不再增加。這可能是因為，吸附劑表面的吸附點位是有限的，當(dāng)離子濃度過大時，吸附劑表面不能承載多余的金屬離子，因此，在實際應(yīng)用中吸附劑的用量要根據(jù)廢水中金屬離子的濃度而定。

圖8 交聯(lián)淀粉吸附Cd2+的Langmuir方程(a)和Freundlich方程(b)擬合結(jié)果Fig.8 Fitting curve of Langmuir (a) and Freundlich (b) adsorption equation of Cd2+ by CASt

以Langmuir(式5)和Freundlich(式7)等溫吸附模型對圖7中的數(shù)據(jù)進行擬合[28]，數(shù)據(jù)如擬合結(jié)果見圖8、表2所示。

由圖8和表2的擬合參數(shù)可以看出，Langmiur等溫線和Freundlich等溫線對交聯(lián)氨基淀粉吸附劑對 Cd2+的吸附過程的擬合參數(shù)分別為0.976 3和0.978 3，說明兩種方程都可以用來描述交聯(lián)氨基淀粉吸附劑對 Cd2+的吸附特點。用公式(6)計算得到交聯(lián)氨基淀粉對Cd2+的RL為0.8，這說明交聯(lián)氨基淀粉對Cd2+的吸附是優(yōu)惠吸附。在Langmiur等溫吸附模型中，計算出的交聯(lián)氨基淀粉對Cd2+的最大吸附量為18.38 mg/g，與實驗所測得到的結(jié)果相近。Langmuir 等溫吸附模型是用來描述單分子層吸附的，而化學(xué)吸附則是單分子層的反應(yīng)，說明交聯(lián)氨基淀粉吸附劑吸附 Cd2+的過程可能以化學(xué)吸附為主。

表2 吸附等溫線擬合參數(shù)

3 結(jié)論與討論

改性劑的選擇是制備淀粉基重金屬吸附劑的關(guān)鍵，不同的改性劑和改性方法直接影響有效官能團的種類和數(shù)量，從而影響吸附劑的效果[22]。相波等[20]以玉米淀粉為原料，在高氯酸引發(fā)下合成醚化淀粉，以乙二胺為氨化劑制備了有螯合性能的氨基淀粉衍生物，研究表明氨基淀粉衍生物對銅離子有較好的吸附性能。但是這個方法的醚化階段需要嚴(yán)格控制高氯酸的濃度，以得到較高氯含量的醚化淀粉，因為過量的高氯酸會導(dǎo)致淀粉的碳化和環(huán)氧氯丙烷的過熱聚合，而且這個醚化過程要8 h，時間也相對較長。本研究以玉米淀粉為原料、高碘酸鈉為氧化劑、乙二胺為氨化劑，制備出一種新型交聯(lián)氨基淀粉重金屬吸附劑。在制備過程中，氧化反應(yīng)條件比較溫和，在室溫下即可進行，氧化反應(yīng)時間也相對較短，從原理和操作性上更易于制備氨基淀粉。

吸附劑的吸附性能不僅與吸附劑本身有關(guān)，吸附過程中溶液的pH值和吸附劑投入量是影響吸附效果的重要因素。Zheng等[29]用競爭吸附位理論解釋了pH值對吸附劑吸附能力的影響，研究表明，在pH較低時，吸附劑對Cd2+吸附容量隨著pH的增大由0.3 mg/g增加至9.6 mg/g，且接枝上去的氰基越多，纖維素的吸附容量也越大。本研究表明，pH<6時，隨著pH升高，H+與金屬離子的競爭吸附作用減弱，交聯(lián)氨基淀粉中質(zhì)子化的-NH3+逐漸生成游離的-NH2，游離-NH2濃度的增大使得Cd2+去除率逐漸增大，這也符合競爭吸附理論。

吸附理論的研究是吸附劑研究過程中的重要組成部分[30-32]。而在常用的等溫吸附模型中，Langmuir 等溫吸附模型是用來描述單分子層吸附的，而化學(xué)吸附通常為單分子層反應(yīng)[27]。本研究中，交聯(lián)氨基淀粉對Cd2+吸附過程的Langmiur擬合參數(shù)為0.976 3，計算出的最大吸附量與實驗測得的結(jié)果也最相近，說明交聯(lián)氨基淀粉吸附Cd2+的過程可能以化學(xué)吸附為主。在紅外圖譜中，吸附Cd2+后的吸附劑在1 652.78 cm-1處尖峰消失，而1 747 cm-1處新的吸收峰，這也表明Cd2+與開鍵后的N原子結(jié)合生成新的N-Cd配位鍵，交聯(lián)氨基淀粉對Cd2+的吸附是化學(xué)吸附。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，水體污染日益嚴(yán)重，制備環(huán)保、高效的污水處理劑是環(huán)境科學(xué)研究的重點。氨基改性淀粉用作重金屬吸附劑，制備條件溫和、反應(yīng)時間相對較短，是一種制備工藝簡單、經(jīng)濟、環(huán)保的重金屬吸附材料。交聯(lián)氨基淀粉不僅對Cd2+有較好的吸附效果，對Cu2+、Cr(Ⅵ)的吸附效果也已經(jīng)證實[22]。但是，在實際生產(chǎn)中，污水本身成分復(fù)雜，污水中不僅含有多種重金屬離子，還含有多種有機物，污水處理不僅與吸附劑和吸附條件有關(guān)，污水環(huán)境的多樣性是影響處理效果的重要因素，因此開發(fā)多功能的吸附劑是今后研究的重點。