聚乙烯醇接枝纤维素高效去除废水中邻苯二甲酸二乙酯的研究

本研究针对废水中难降解的塑化剂邻苯二甲酸二乙酯(DEP)污染问题，开发了一种基于锯末衍生的聚乙二醇(PEG)功能化纤维素吸附剂(PEG-Cell)。通过酸/碱水解、漂白和PEG接枝工艺，该材料在优化条件下实现97.5%的DEP去除率，吸附容量高达512.46 mg/g。Langmuir模型和伪二级动力学证实其单层化学吸附特性，热力学分析显示为自发放热过程。该研究为低成本处理含塑化剂废水提供了可持续解决方案。

　　

随着塑料制品的大规模使用，邻苯二甲酸酯类塑化剂已成为全球水环境的新型污染物。其中邻苯二甲酸二乙酯(DEP)作为常见增塑剂，广泛存在于化妆品、医疗器材和食品包装中，每年超过400万吨的产量使其在工业废水中浓度可达100 mg/L。这类物质具有内分泌干扰特性，会破坏水生生物繁殖系统，并通过食物链威胁人类健康，尤其对婴幼儿发育产生毒性。美国环保署和欧盟环境署已将其列为优先控制污染物，但传统活性炭吸附剂对疏水性DEP的捕获效率有限，且成本高昂难以推广。

为解决这一环境难题，来自沙特Taif大学和巴基斯坦Haripur大学的研究团队创新性地利用当地金合欢树锯末为原料，开发出聚乙二醇接枝纤维素吸附剂(PEG-Cell)。这项发表在《International Journal of Biological Macromolecules》的研究表明，通过将亲水性的PEG链段引入纤维素基质，成功构建了对DEP具有特异吸附性能的新型材料，其最大吸附容量突破512.46 mg/g，较传统材料提升近10倍，且可重复使用5次以上仍保持90%效率。这项技术为发展中国家处理塑化剂污染提供了经济可行的方案。

研究采用酸/碱分级水解结合过氧化氢漂白的工艺从锯末中提取纤维素，随后通过醚化反应接枝PEG。通过FTIR和XRD证实了PEG的成功嫁接，BET测试显示材料比表面积达287 m²/g。实验优化了pH、接触时间和吸附剂投加量等参数，结合吸附等温线、动力学和热力学分析揭示了作用机制。

材料制备与表征
采用0.1 M HCl和0.1 M NaOH对锯末进行分步水解，去除木质素和半纤维素后，经NaClO₂/H₂O₂漂白获得纯化纤维素。PEG嫁接通过环氧基开环反应实现，FTIR在1110 cm^-1处出现特征C-O-C峰，XRD显示结晶度从68%降至54%，证实无定形区PEG的成功插入。SEM观察到材料表面形成纳米级多孔结构。

吸附性能研究
在pH=7、0.6 g/L投加量条件下，60分钟内对100 mg/L DEP的去除率达97.5%。Langmuir模型拟合优度(R²=0.998)优于Freundlich模型，表明DEP在PEG-Cell表面形成单分子层吸附。伪二级动力学常数k₂为4.7×10^-3 g/mg·min，证实化学吸附主导过程。

作用机制分析
热力学参数ΔG°=-8.3 kJ/mol证实反应自发进行，ΔH°=45.3 kJ/mol和ΔS°=0.18 kJ/mol·K显示吸热特性。研究者提出DEP的苯环与PEG醚键形成氢键，同时疏水相互作用增强吸附，而纤维素羟基与DEP酯基产生偶极作用。

实际应用验证
在模拟工业废水测试中，PEG-Cell对DEP的吸附容量保持在489 mg/g，5次再生后仍达441 mg/g。与活性炭相比，其生产成本降低62%，且原料来源于农业废弃物。

该研究创新性地将天然纤维素与合成聚合物优势结合，解决了传统吸附剂对疏水性污染物捕获效率低的问题。PEG-Cell的高效性源于其独特设计：纤维素骨架提供机械强度和孔隙结构，PEG侧链则通过多重相互作用特异性捕获DEP分子。这种"绿色吸附剂"不仅性能优异，其原料可再生的特性更符合可持续发展理念，为工业废水处理提供了新思路。研究团队指出，该技术可扩展应用于其他塑化剂的去除，下一步将开发连续流反应器进行中试验证。