PEI改性紙基材料的制備及其對(duì)水體主要污染物的去除

孟劉成張沅垣蔣 珊戴紅旗吳偉兵，2，

（1.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省林業(yè)資源高效加工利用協(xié)同創(chuàng)新中心，林產(chǎn)化學(xué)與材料國際創(chuàng)新高地，江蘇南京，210037；2.齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）生物基材料與綠色造紙國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南，250353）

工業(yè)的不斷發(fā)展在帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量工業(yè)廢水。全世界每年約有4200多億m3的廢水被排入到河流、湖泊、海洋等水體中［1‐2］。這些工業(yè)廢水包括生產(chǎn)過程中的廢水、冷卻水、生產(chǎn)污水等，均含有大量水體污染物，其中，含有金屬離子、染料和油污的工業(yè)廢水占比較大，這些工業(yè)廢水最終會(huì)排入水體，對(duì)植物的生長、人體、環(huán)境等造成嚴(yán)重危害和影響［3］。目前已有許多方法被應(yīng)用于金屬離子和染料的廢水處理中，如化學(xué)還原法、離子交換法、電化學(xué)法、生物法［4］、吸附法等。其中，吸附法在眾多水處理技術(shù)中被廣泛使用，具有效率高、成本低、操作簡(jiǎn)單、無二次污染、吸附劑可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)［5］。對(duì)于含油廢水的處理，膜分離技術(shù)由于具有綠色環(huán)保、低成本、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注［6］。

木質(zhì)纖維紙基功能材料成本低、回收利用方便，可結(jié)合膜分離技術(shù)應(yīng)用于廢水處理。此外，木質(zhì)纖維主要的組成成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素［7］，其結(jié)構(gòu)中含有大量活性羥基，易于被改性修飾以提高其吸附容量。本研究以麥草高得率漿為原料，利用其纖維較短、非纖維成分較高［8］的特點(diǎn)來調(diào)控紙張孔結(jié)構(gòu)及吸附性能，通過聚乙烯亞胺（PEI）改性引入氨基以提高其吸附容量及水下超疏油性能，從而制得一種可以同時(shí)處理含金屬離子、染料和油污廢水的多功能紙基材料。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

麥草高得率漿（取自某漿廠），聚乙烯亞胺（PEI，相對(duì)分子質(zhì)量70000，50%水溶液）、戊二醛（GA，25%水溶液）、剛果紅（CR）、油紅（染料含量≥75%）和乙醇均購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司），正己烷、氫氧化鈉（NaOH）、鹽酸（HCl）、異丙醇和吐溫80（化學(xué)純）均購自南京化學(xué)試劑有限公司。

1.2 PEI改性及抄片

先將一定量的麥草高得率漿在室溫25℃條件下用2%的NaOH溶液浸泡40 min，液固比為10∶1，處理結(jié)束后將其洗滌至中性以備使用。將25%的PEI溶液滴加到紙漿中，絕干漿與PEI的質(zhì)量比為1∶1，分散均勻后繼續(xù)滴加2.5%的GA溶液（PEI與GA的質(zhì)量比為3∶1），整個(gè)過程在高速連續(xù)攪拌、水浴加熱50℃條件下進(jìn)行，3 h后結(jié)束反應(yīng)。然后用去離子水過濾洗滌反應(yīng)產(chǎn)物直至PEI改性紙漿呈中性。

抄紙前，將紙漿在高頻疏解機(jī)（GBJ‐A型，長春市月明小型試驗(yàn)機(jī)有限責(zé)任公司）中分散3 min。根據(jù)TAPPI標(biāo)準(zhǔn)T272，在快速紙頁成型器（RK‐3A 0527，奧地利PTI公司）上抄造定量為（60±3）g/m2的紙張。將原紙漿、堿處理紙漿和PEI改性紙漿制成的紙張分別命名為PM（即原紙，下同）、APM、P‐APM。

1.3 力學(xué)性能測(cè)定

將紙張?jiān)谙鄬?duì)濕度50%和23℃的恒溫恒濕室中放置24 h以上。根據(jù)TAPPI T494 om‐01標(biāo)準(zhǔn)《紙和紙板的拉伸性能》測(cè)量紙張的干、濕抗張強(qiáng)度。所有樣品重復(fù)測(cè)試6次，結(jié)果取平均值。

1.4 最大孔徑測(cè)量

采用自制的ZK‐3型數(shù)顯最大孔徑測(cè)定儀測(cè)量紙張的最大孔徑，將紙張裁剪成直徑為50 mm的圓形紙片，以異丙醇為潤濕劑測(cè)量紙張的最大孔徑（GB/T 2679.14—1996），所有樣品重復(fù)測(cè)試3次，結(jié)果取平均值。最大孔徑根據(jù)式（1）計(jì)算。

式中，Φ（μm）是最大孔徑；G是重力加速度，9.8 m/s2；aT（dyn/cm）是測(cè)試溫度T時(shí)異丙醇的表面張力；ρ1（g/cm3）是U型壓力計(jì)中水的密度；h1（cm）是U型壓力計(jì)中水的高度；ρ2（g/cm3）是測(cè)試溫度T時(shí)異丙醇的密度；h2是壓力計(jì)中異丙醇的高度，通常為2 cm。

1.5 膜通量的測(cè)定

根據(jù)式（2）計(jì)算膜通量，具體如下。

式中，Jw（L/（m2·h））是膜通量；Vw（L）是通過膜的水體積；A（m2）是膜的有效面積；t（h）是測(cè)試時(shí)間。

1.6 孔隙率測(cè)定

將絕干紙張浸入乙醇溶液中，8 h后取出紙張，在紙張兩面附以濾紙?jiān)谝欢ǖ膲毫ο挛?0 s后，迅速稱取質(zhì)量［9］?？紫堵视?jì)算公式如下：

式中，ε為孔隙率；m1（g）、m2（g）分別為吸收乙醇前后紙張的質(zhì)量；V（cm3）為紙張?bào)w積；ρ（g/cm3）為乙醇密度。

1.7 氨基含量測(cè)定

將20 mg的PEI改性紙漿加入到50 mL HCl溶液（0.01 mol/L）中，25℃條件下攪拌反應(yīng)15 h。隨后，以酚酞為指示劑，用0.01 mol/L的NaOH溶液滴定溶液中殘余的HCl溶液，以此確定氨基的含量，具體計(jì)算如式（4）所示。

式中，Ac（mmol/g）為氨基含量；ci（mmol/L）是HCl溶液的初始摩爾濃度；ce（mmol/L）是達(dá)到滴定平衡時(shí)HCl溶液的摩爾濃度；50（mL）為HCl體積；0.02（g）為PEI改性紙漿的質(zhì)量。

1.8 吸附實(shí)驗(yàn)

1.8.1 吸附動(dòng)力學(xué)

在pH值=5、35℃條件下進(jìn)行金屬離子和染料的吸附實(shí)驗(yàn)。將0.3 g P‐APM分別置于盛有200 mL剛果紅（CR）溶液和200 mL Pb2+溶液（濃度均為100 mg/L）的錐形瓶中，在搖床中以150 r/min的振蕩速度進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。分別在5、15、30、45、60、90、120、150、180、240、360、480 min時(shí)依次取樣以便后續(xù)繪制吸附動(dòng)力學(xué)曲線。

一般情況下，吸附材料對(duì)吸附質(zhì)的吸附容量隨時(shí)間變化采用線性方程擬合，但線性方程可能會(huì)掩蓋與實(shí)際情況的偏差［10］。為了更準(zhǔn)確地分析吸附過程，采用非線性方程擬合進(jìn)行比較。

吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)分析通常采用兩種常用的動(dòng)力學(xué)模型，即準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，二者方程式分別如式（5）和式（6）所示。

式中，qe（mg/g）為達(dá)到吸附平衡時(shí)的吸附容量；qt（mg/g）為t時(shí)刻的吸附容量；K1（1/min）為準(zhǔn)一級(jí)平衡速率常數(shù)；K2（g/mg·min）為準(zhǔn)二級(jí)平衡速率常數(shù)。

1.8.2 吸附等溫線

在250 mL的錐形瓶中分別加入0.3 g P‐APM和200 mL一系列濃度（100、150、200、300、350 mg/L）的Pb2+溶液；CR系列溶液（50、100、150、200、250 mg/L）配制同上。調(diào)節(jié)溶液pH值為5，密封錐形瓶，使其在搖床中以150 r/min的速度震蕩吸附6 h，從各溶液中取出5μL樣品，稀釋至10 mL，以便后續(xù)繪制吸附等溫線。為了更準(zhǔn)確地分析吸附過程，采用非線性擬合進(jìn)行比較。

Langmuir等溫模型方程式如式（7）所示。

式中，qm（mg/g）為最大吸附容量，kl（L/mg）為等溫常數(shù)；Ce（mg/L）為達(dá)到吸附平衡時(shí)的濃度。

Freundlich等溫模型方程式如式（8）所示。

式中，kf是吸附容量的指標(biāo)，n為吸附強(qiáng)度。

1.9 油水分離性能評(píng)價(jià)

將石油醚、正己烷、大豆油與水分別按照1∶100（V/V）的比例混合后，加入0.1 mg吐溫80，混合均勻后制備成粒徑約為50 μm的水包油乳液。將紙張固定在過濾容器中，倒入制備好的水包油乳液，過濾并收集濾液，分離過程中不施加外力。記錄并比較過濾前后的溶液，紙張對(duì)水包油乳液的分離效率（η）按式（9）計(jì)算。

式中，c1（mg/mL）和c0（mg/mL）分別是過濾后的油濃度和原水包油乳液中的油濃度。

1.10 測(cè)試與表征

采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE‐SEM，S‐4800，日本日立株式會(huì)社）對(duì)紙張進(jìn)行形貌觀察；利用傅里葉變換紅外光譜儀（FT‐IR‐650，天津港東有限公司）在600~4000 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)測(cè)定樣品的紅外光譜；采用接觸角測(cè)量?jī)x（T200‐Auto3 Plus，瑞典Biolin Sci‐entific）測(cè)定水下油接觸角（UOCA）；利用光學(xué)顯微鏡（SK200Digital，廈門麥克奧迪實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司）觀察得到水包油乳液和濾液的光學(xué)顯微鏡圖像；采用紫外分光光度計(jì)（V‐1800，上海美譜達(dá)儀器有限公司）在最大波長（498 nm）處對(duì)CR溶液進(jìn)行分析，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算CR濃度；采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定Pb2+濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 紙基功能材料的形態(tài)與結(jié)構(gòu)

圖1為PEI接枝改性纖維的反應(yīng)過程及交聯(lián)機(jī)理。由圖1可知，先對(duì)麥草漿進(jìn)行堿處理可使麥草漿纖維暴露出更多的反應(yīng)位點(diǎn)，有利于后續(xù)反應(yīng)；采用GA作為交聯(lián)劑、PEI作為改性試劑，非均相體系中，GA一端的醛基與纖維素分子鏈上的羥基發(fā)生縮醛反應(yīng)，另一端的醛基與PEI的氨基發(fā)生席夫堿反應(yīng)，進(jìn)而在纖維素分子鏈上引入氨基（見圖1（b））。紙張本身的多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積有利于吸附；氨基的引入則提供了活性吸附位點(diǎn)以吸附金屬離子和染料，同時(shí)也提高了紙張表面的親水性。由此可知，基于紙基材料特殊的表面粗糙微納結(jié)構(gòu)和超親水性，理論上可實(shí)現(xiàn)紙基材料的水下超疏油性能。

圖1 PEI改性紙基材料的形成過程（a）及交聯(lián)機(jī)理（b）Fig.1 Formation process of PEI‐modified paper‐based material(a)and the cross‐linking mechanism involved(b)

不同紙張的FT‐IR譜圖如圖2所示。與PM相比，P‐APM在3384 cm-1處出現(xiàn)了屬于—NH2的伸縮振動(dòng)峰［11］，說明GA交聯(lián)纖維素分子鏈上成功引入了氨基。此外與APM和PM相比，P‐APM在2922和2858 cm-1處屬于—CH2—的伸縮振動(dòng)峰信號(hào)增強(qiáng)［12］，在1733 cm-1出現(xiàn)微弱的醛基振動(dòng)峰以及在1454 cm-1處出現(xiàn)C—N鍵的伸縮振動(dòng)［12］也進(jìn)一步證明了GA與纖維素的交聯(lián)以及PEI成功接枝到了麥草漿纖維上。

圖2 不同紙基材料的FR‐IR譜圖Fig.2 FT‐IR spectra of different paper‐based materials

不同紙基材料的SEM圖如圖3所示。從圖3（a）可以看出，PM纖維間結(jié)合緊密，孔隙較少，表面較為平整。圖3（b）為漿料經(jīng)過堿處理抄造的APM，可以看到經(jīng)過堿處理后纖維表面會(huì)逐漸分離出微纖絲，纖維表面變得粗糙［13‐14］，纖維直徑尺寸減小，有利于紙張孔徑的調(diào)控［15‐16］。圖3（c）為經(jīng)過PEI接枝改性的P‐APM，PEI接枝到纖維表面導(dǎo)致纖維間交織密度下降，以及部分細(xì)小纖維的流失使得紙張孔徑增大，因而P‐APM的膜通量相比于原紙大幅提高。

圖3 不同紙基材料的SEM圖Fig.3 SEM images of different paper‐based materials

2.2 力學(xué)性能

不同紙基材料的干、濕抗張強(qiáng)度（以抗張指數(shù)表示）如圖4所示。由圖4可知，相比于PM，APM的干抗張指數(shù)有所提高，這是因?yàn)閴A處理可去除紙漿中部分木質(zhì)素和雜質(zhì)［13］，使得纖維間結(jié)合程度更好，從而提高了紙張的干抗張強(qiáng)度。此外，可能是由于洗漿過程部分細(xì)小纖維流失，以及PEI接枝到纖維表面導(dǎo)致纖維間交織密度下降［17］，P‐APM的干抗張指數(shù)相比于APM有所下降。APM的濕抗張指數(shù)與PM相比略有提高但不明顯，根據(jù)研究報(bào)道［18］，低濃度的堿處理可使麥草漿纖維細(xì)纖維化，纖維拉伸強(qiáng)度和長徑比提高，因此APM濕抗張指數(shù)略有提高。與PM相比，P‐APM濕抗張指數(shù)從2.12 N·m/g提高至5.67 N·m/g，這是由于PEI長鏈分子的接枝向纖維素分子鏈中引入了大量氨基，而紙張?jiān)跐櫇駹顟B(tài)下，氨基與纖維素上羥基產(chǎn)生靜電作用從而提高了紙張的濕抗張強(qiáng)度［19］。

圖4 不同紙基材料的抗張強(qiáng)度Fig.4 Tensile strength of different paper‐based materials

2.3 P‐APM的吸附性能

對(duì)P‐APM進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)研究，結(jié)果如圖5和表1所示。由圖5可知，隨著吸附時(shí)間延長，P‐APM對(duì)CR和Pb2+的吸附容量均呈先快速提高后趨于平衡的趨勢(shì)，這是由于吸附劑的結(jié)合位點(diǎn)此時(shí)處于飽和狀態(tài)，達(dá)到了吸附平衡。利用吸附動(dòng)力學(xué)方程擬合的模型參數(shù)如表1所示。從表1可以看出，準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)擬合更符合P‐APM對(duì)CR和Pb2+的吸附過程（R2值更大）。此外，與準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)擬合結(jié)果相比，準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程擬合計(jì)算的理論吸附容量（qe，c）與實(shí)際吸附容量（qe，e）更接近。P‐APM對(duì)CR的吸附中，NH4+與CR上的陰離子基團(tuán)間的靜電吸引起了重要作用，紙基材料和CR分子間的氫鍵和靜電吸引是CR被吸附的主要原因。而P‐APM對(duì)Pb2+的吸附機(jī)理為，NH4+與金屬離子發(fā)生螯合作用形成離子鍵的化學(xué)過程［20］以及紙基表面的含氧官能團(tuán)（—OH）通過表面絡(luò)合的形式吸附Pb2+［21］。

表1 P?APM對(duì)CR和Pb2+的吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 1 Kinetic parameters for P?APM adsorbing CR and Pb2+

圖5 CR和Pb2+的吸附動(dòng)力學(xué)：（a）準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)；（b）準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)Fig.5 Kinetic fitting for the adsorption of CR and Pb2+:(a)pseudo‐first‐order kinetics;(b)pseudo‐second‐order kinetics

圖6 和表2為P‐APM的吸附等溫線數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果。由圖6可知，低濃度（Ce<34.5 mg/L）時(shí)，吸附劑上有足夠的活性位點(diǎn)，對(duì)金屬離子和染料的吸附快，吸附容量迅速提高。同時(shí)，吸附過程中金屬離子和染料初始濃度的增加有利于形成克服傳質(zhì)阻力的驅(qū)動(dòng)力。但在高濃度（Ce>93.8 mg/L）時(shí)，由于紙基吸附材料中結(jié)合位點(diǎn)的飽和，更多的金屬離子未被吸附，吸附容量增長緩慢，幾乎保持穩(wěn)定。根據(jù)表2中的擬合參數(shù)可知，Langmuir等溫線模型的R2值大于Freun‐dlich等溫線模型的R2值，說明Langmuir等溫線模型具有更好的擬合效果，這表明紙基材料對(duì)金屬離子的吸附以單層吸附為主［22］。實(shí)驗(yàn)中，P‐APM對(duì)CR和Pb2+的實(shí)際吸附容量分別為89.26 mg/g和190.1 mg/g；理論最大吸附容量分別為91.04 mg/g和232.4 mg/g；與已知研究相比，本研究所制備的紙基材料具有更好的吸附效果（見表3）。利用P‐APM吸附含CR的溶液，吸附前后的照片如圖7所示。由圖7可知，經(jīng)吸附后，含CR的溶液由紅色變?yōu)槌吻澹鳳‐APM變?yōu)榧t色，說明P‐APM對(duì)CR具有較好的吸附能力。

圖6 CR和Pb2+的吸附等溫線擬合：（a）Langmuir等溫線；（b）Freundlich等溫線Fig.6 Isotherm fitting for the adsorption of CR and Pb2+:(a)Langmuir isotherm;(b)Freundlich isotherm

圖7 P‐APM吸附CR前后的照片F(xiàn)ig.7 Pictures for P‐APM before and after adsorbing CR

表2 P?APM對(duì)CR和Pb2+的吸附等溫線參數(shù)Table 2 Isotherm parameters for P?APM adsorbing CR and Pb2+

表3 不同吸附材料的吸附性能比較Table 3 Comparison of properties of different adsorption materials

2.4 紙基材料的油水分離性能

測(cè)定大豆油、正己烷有機(jī)溶劑的UOCA（見圖8（a）），以此表征紙基材料的表面潤濕性。由圖8（a）可知，PM的UOCA僅為139.6°（對(duì)正己烷）。經(jīng)GA和PEI改性后，纖維表面引入了大量氨基，提高了紙張表面的親水性能。根據(jù)表面潤濕性原理，親水性和表面粗糙結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)水下超疏油性能的關(guān)鍵［25］。P‐APM的UOCA可達(dá)151.7°（對(duì)大豆油），實(shí)現(xiàn)了水下超疏油性。

以正己烷為例，對(duì)P‐APM在不同pH值和不同摩擦次數(shù)條件下的UOCA進(jìn)行測(cè)定以研究其表面潤濕性能的穩(wěn)定性。在pH值為1的酸性環(huán)境中，P‐APM的UOCA最大，為155.7°，隨著pH值的增大，P‐APM的UOCA逐漸降低（見圖8（b））。這是因?yàn)?，在酸性環(huán)境中氨基主要以銨根陽離子的形式存在，有利于提高紙張的親水性，而堿性環(huán)境則會(huì)對(duì)紙張的微納結(jié)構(gòu)和形貌［26］造成破壞，所以其UOCA降低。利用砂紙摩擦P‐APM表面可在一定程度上破壞其表面的微納粗糙結(jié)構(gòu)，因此隨著摩擦次數(shù)的增加，P‐APM的UOCA有所下降（見圖8（c））；當(dāng)摩擦次數(shù)為6次時(shí)，P‐APM的UOCA仍可達(dá)150.0°，表明所制備的P‐APM具備一定的耐磨性。

圖8 （a）不同紙基材料的UOCA；（b）pH值對(duì)P‐APM的UOCA的影響；（c）摩擦次數(shù)對(duì)P‐APM的UOCA的影響Fig.8(a)UOCA of different paper‐based materials;effect of(b)pH value and(c)number of abrasion on the UOCA of P‐APM

表4為不同紙基材料分離穩(wěn)定水包油乳液的性能。從表4可以看出，PM的最大孔徑為28μm，孔隙率為32.5%，膜通量?jī)H為886 L/（m2·h），這是由原紙纖維間的緊密結(jié)合造成的（見圖3（a））。相比于PM，APM的最大孔徑和孔隙率略有提高，這是由堿處理過程中部分細(xì)小纖維的流失所致。PEI接枝到纖維表面導(dǎo)致纖維間交織密度下降，因此相比于PM，P‐APM的最大孔徑提高了30%，為45μm，孔隙率提高了一倍，膜通量提高了近14倍，達(dá)到了12560 L/（m2·h）。

表4 紙基材料分離穩(wěn)定水包油乳液的性能Table 4 Performance of paper?based materials for separating stable oil?water emulsions

使用P‐APM過濾大豆油、正己烷、石油醚3種水包油乳液（粒徑約50μm），過濾前后的顯微鏡圖像和照片如圖9所示。從圖9可以看出，利用P‐APM過濾后，3種水包油乳液的濾液均變?yōu)閹缀醭吻宓囊后w，顯微鏡照片中也無明顯油滴，P‐APM對(duì)水包油乳液（油水）的分離效率均達(dá)到>99.4%（見表5）。在分離過程中，粒徑大于紙張孔徑的乳液液滴主要依靠機(jī)械截留作用而被分離；對(duì)于粒徑小于紙張孔徑的乳液液滴，紙張的不規(guī)則孔隙結(jié)構(gòu)和表面親水性起到關(guān)鍵作用，乳液液滴在紙張的不規(guī)則孔隙中反復(fù)碰撞，破乳聚集概率高，產(chǎn)生大液滴從而被攔截。紙基材料表面親水性氨基及其均勻的微納粗糙表面使P‐APM在孔隙率、膜通量和分離效率等方面都獲得了較高的性能優(yōu)勢(shì)［27‐28］。

圖9 P‐APM過濾分離前后水包油乳液的顯微鏡圖像：（a）石油醚；（b）正己烷；（c）大豆油Fig.9 Microscopic images of P‐APM before and after separating oil‐water emulsions:(a)petroleum ether;(b)n‐hexane;(c)soybean oil

表5 P?APM的油水分離效率Table 5 Oil?water separation efficiency of P?APM

3 結(jié)論

以高得率麥草漿為原料，以戊二醛（GA）和聚乙烯亞胺（PEI）分別為交聯(lián)劑和改性試劑，采用簡(jiǎn)單、綠色成熟的造紙工藝制備了可同時(shí)吸附水體中金屬離子和染料，以及具備油水分離性能的紙基功能材料。氨基的引入賦予了改性紙張吸附金屬離子和染料的優(yōu)異吸附性能，同時(shí)也提高了紙張的表面親水性能；結(jié)合紙張獨(dú)特的表面粗糙微納結(jié)構(gòu)，使得紙張具有水下超疏油性能。制得的PEI改性紙張（P‐APM）對(duì)剛果紅（CR）和Pb2+的吸附容量為89.26 mg/g和190.1 mg/g；理論最大吸附容量分別為91.04 mg/g和232.4 mg/g；對(duì)大豆油和正己烷的水下油接觸角（UO‐CA）分別為152.5°和151.7°；pH值和摩擦次數(shù)對(duì)P‐APM的UOCA影響較小，表明該材料的水下疏油性能穩(wěn)定；對(duì)水包油乳液的油水分離效率達(dá)到99.4%。吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線實(shí)驗(yàn)表明，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和Langmuir吸附等溫線的擬合可更準(zhǔn)確地描述P‐APM對(duì)CR和Pb2+的吸附過程。

基于木質(zhì)纖維的全質(zhì)化和高值化利用思路，本研究制備的多功能紙基材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中金屬離子和染料的高效吸附，并具備優(yōu)異的油水分離性能，與傳統(tǒng)的吸附‐分離材料相比，其具有低成本、綠色環(huán)保、類似膜形態(tài)便于回收和處理效率高等優(yōu)勢(shì)，在廢水處理中具有潛在應(yīng)用前景。