随着工业化进程的不断推进,大量废水的排放对环境造成严重污染,废水净化已成为当前亟待解决的问题。重金属、稀土金属、有机染料是废水中的主要污染物,会对生态环境与人类健康造成极大危害。与其他方法相比,吸附法是此类废水最为有效的处理方法。常用的吸附材料有多孔材料(如活性炭)、纳米颗粒与纳米纤维(如金属氧化物纳米颗粒、酶、无机纳米纤维、碳纳米管、静电纺纳米纤维)。但在处理过程中,这些吸附材料可能对环境造成二次污染,无纺膜材料存在机械性能较低、成本较高等缺点。因此,寻找吸附能力高、成本低、可重复利用的吸附材料成为当前废水处理研究工作的主要目标。本论文将棉纤维织物作为基材,将其进行改性处理,制得一种新型吸附材料——羧基化棉纤维织物,该材料具有极好的机械性能,同时对重金属离子和有机染料具有很高的吸附能力。羧基化棉纤维织物是利用TEMPO氧化体系,将次氯酸钠作为主氧化剂,对纤维素C6位上的羟甲基进行选择性氧化。将羧基化棉纤维织物应用于废水中重金属和染料的去除中,对羧基化棉纤维的吸附性能进行研究。采用傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)等测试仪器对材料的结构与形貌进行表征,同时,通过拉伸试验对其机械性能进行测试,将其拉伸强度与其它无纺膜材料进行对比,以此证明羧基化棉纤维织物具有优异的机械性能。通过羧基化棉纤维织物对铅离子(Pb-Ⅱ)和亚甲基蓝(MB)进行吸附实验进一步研究其对重金属和染料的去除效果。由XPS元素图谱分析表明,纤维内部存在微纳米尺度的多孔结构,在吸附过滤过程中可实现低压降、高通量、高截留率的目标。静态吸附实验表明,羧基化棉纤维对废水中Pb(Ⅱ)和MB的最大吸附量分别达81.30和76.92 mg/g;而在膜片动态吸附过程中,压力可降至0.07kPa,这表明动态吸附过程可以通过重力来驱动,预示着羧基化棉纤维材料具有实际应用的潜力。将羧基化棉纤维织物制成卷式膜组件,将其用于对含有2.0mg/L Pb(Ⅱ)和2.0 mg/L MB的多组分废水进行长期吸附过滤实验。实验结果证明,3.6g羧基化棉纤维织物对Pb(Ⅱ)和MB的处理量分别达21.7 L和36.1 L,同时,截留率分别为98.2%和98.7%。羧基化棉纤维织物对Pb(Ⅱ)和MB的吸附能力是原始棉纤维织物卷式膜组件的10倍以上,并且处理后溶液中的Pb(Ⅱ)和MB的残余浓度均符合废水排放的环境标准。研究还表明材料具有较好的可重复使用性,也就是说,羧基化棉纤维织物可被持续用于废水处理过程中。羧基化棉纤维织物亦可被用于去除和回收废水中的镧离子(La(Ⅲ)),且对La(Ⅲ)表现出较高的吸附能力。由EDS对吸附La(Ⅲ)前后的羧基化棉纤维表面化学结构变化进行研究,发现La(Ⅲ)的吸附反应同时发生在棉纤维的表面和内部。通过吸附动力学和吸附等温线进一步对其吸附过程进行表征,初步探索羧基化棉纤维织物的吸附机理。静态吸附实验的研究结果表明,羧基化棉纤维对La(Ⅲ)的最大吸附量高达33.7 mg/g。当干扰离子(一价和二价金属离子)存在时,羧基化棉纤维织物仍能够优先吸附La(Ⅲ)。膜片动态吸附实验中,仅在0.07 kPa的压力下,La(Ⅲ)的动态吸附即可顺利进行,这证明羧基化棉纤维织物对La(Ⅲ)具有很高的动态吸附能力和渗透通量。采用多种脱附剂对吸附La(Ⅲ)后的羧基化棉纤维织物进行脱附处理,由此从吸附材料中回收La(Ⅲ),并对其最佳回收条件进行探索。将羧基化棉纤维织物制备成卷式膜组件,对水中La(Ⅲ,2.5 mg/L)进行去除和回收。在整个吸附过程中,压力始终保持为3.0kPa。最终结果表明,羧基化棉纤维膜组件对La(Ⅲ)的截留率可高达94.3%,处理溶液体积可高达21.4 L,约是相同面积的水解PAN电纺膜卷式组件的6倍,这表明羧基化棉纤维织物亦可在工业上作为稀土金属的高效吸附回收的材料。