羧甲基纤维素钠/己二酸二酰肼水凝胶的制备及其重金属离子吸附性能研究

以羧甲基纤维素钠（CMC）为基材、己二酸二酰肼（ADH）为交联剂,成功制备了具有三维网络结构的CMC/ADH水凝胶,研究了CMC/ADH水凝胶对废水中重金属离子（Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺）的吸附性能。采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）和溶胀性能分析等方法对CMC/ADH水凝胶进行表征;研究了吸附时间、pH值及重金属离子初始浓度对CMC/ADH水凝胶在模拟废水中吸附行为的影响;并对CMC/ADH水凝胶的吸附机理进行分析研究。结果表明,在室温（25℃）、pH值=3、重金属离子初始浓度50 mg/L、吸附时间300 min的条件下,CMC/ADH水凝胶对废水中Cr⁶⁺、Cu²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为31.5、75.9和72.0 mg/g;其吸附过程的动力学模型和等温模型的拟合结果表明,CMC/ADH水凝胶吸附重金属离子的过程是单层化学吸附过程。     

无机盐电解质对纳米纤维素流变性能的影响

本课题研究了不同阴阳离子的无机盐电解质对纳米纤维素悬浮液流变性能的影响。结果表明,纤维素纳米纤丝（CNF）和纤维素纳米晶体（CNC）悬浮液具有“剪切稀化”行为,剪切速率由0.01 s^-1增加到1000 s^-1时,悬浮液黏度从1000 Pa·s持续降至0.1 Pa·s。纳米纤维素悬浮液中添加不同价态的金属盐NaCl、MgCl₂、AlCl₃、Na₂CO₃和Na₃PO₄,随着金属盐添加量从0.001 mol/L增加到0.5 mol/L,纳米纤维素表面的双电层被破坏,静电排斥力减弱,使纳米纤维素颗粒沉积聚集,纳米纤维素悬浮液出现凝胶化现象。此外,随着阳离子强度的增加凝胶化越来越明显,悬浮液黏度增大,储能模量和损耗模量也随之增加。相反,受金属离子“静电排斥效应”的影响,随着阴离子强度的增加悬浮液黏度和模量变化不大,阴离子对纳米纤维素表面形成的双电层结构没有明显的破坏,无法明显降低纳米纤维素之间的作用。因而,阴离子强度的增加对纳米纤维素悬浮液凝胶化作用不明显。     

纸基吸附-分离材料的制备及其应用性能

以杨木化机浆为原料,以柠檬酸（多元酸）为改性剂,基于造纸工艺技术,制备了低成本、易回收、高重金属离子吸附容量和高效油水分离的木质纤维纸基吸附-分离材料。柠檬酸改性可同时提高木质纤维之间的交联程度和羧基含量,进而提高纸基吸附-分离材料的湿强度和增加重金属离子吸附位点。研究结果显示,纸基吸附-分离材料的湿抗张指数可达其干抗张指数的40%~50%,羧基含量最高可达0.66 mmol/g。随柠檬酸浓度提高,纸基吸附-分离材料对重金属离子的吸附容量显著提高,其吸附动力学和热力学均很好地拟合了准二级方程和Langmuir模型（相关系数R²≥0.998）,对Cu²⁺和Pb²⁺的理论最大吸附容量分别达到44.29和132.1 mg/g。此外,高羧基含量使纸基吸附-分离材料亲水性显著增强,并赋予其优良的油水分离性能,最大水下油接触角可达155°以上,油水分离效率可达99.8%以上。该多功能纸基吸附-分离材料克服了传统吸附剂和油水分离材料的缺点,可同时进行高效的重金属离子吸附去除和油水分离,并且具备了大规模生产的潜力,在工业废水处理领域具有重要的应用前景。     

纳米Ag@TiO2、Fe@TiO2和Zn@TiO2的抑菌活性比较研究

探索常见金属离子掺杂对抑菌片的抑菌性能的影响,为新型纳米TiO₂抑菌片的制备与改善提供技术基础。选择固定质量分数的Ag⁺、Zn²⁺和Fe³⁺掺杂TiO₂,通过抑菌圈、MIC与MBC方法综合评价其抑菌性能,对微观结构进行表征分析,探讨抑菌性能差异的原因。结果表明:抑菌性能大小顺序为Ag@TiO₂> Zn@TiO₂> Fe@TiO₂,Zn@TiO2 的抑菌活性较好但抑菌稳定性差Ag@TiO2对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC、MBC均是10、20 mg/L,Zn@TiO₂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC、MBC均是30、50 mg/L。表征发现抑菌活性强弱主要归因于纳米TiO₂表面与金属离子共同产生的活性位点数量及稳定性,与孔结构或表面宫能团的关联不大。     

新型过氧化氢稳定剂的制备及性能研究

本研究以马来酸-丙烯酸共聚物（MA-AA）为主体稳定剂,与螯合型助剂复合,制备了新型过氧化氢（H₂O₂）稳定剂,通过测定新型H₂O₂稳定剂对金属离子的螯合值、H₂O₂分解率及进行化机浆H₂O₂漂白实验,研究新型H₂O₂稳定剂对H₂O₂漂白的稳定性能,并与进口稳定剂进行比较。结果表明,新型H₂O₂稳定剂对Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺的螯合能力分别达262.3、105.2、141.4、160.3 mg/g;在模拟国内4个地区水质中不同金属离子含量条件下,新型H₂O₂稳定剂能够有效抑制H₂O₂分解,具有与进口产品相当的稳定能力。在纸浆漂白工艺条件下,新型H₂O₂稳定剂在低用量时,对桉木化机浆、杨木化机浆、蔗渣化机浆和芦苇化机浆的漂白均有良好的稳定效果。     

碱木质素碳点的制备及对Fe3+检测性能研究

以碱木质素（Alkali lignin,AL）为碳源、乙二胺（Ethanediamine,EDA）为钝化剂、双氧水（H₂O₂）为氧化剂,利用简单、绿色、高效的水热法制备碱木质素碳点（ALE-CDs）。以荧光性能为指标,通过单因素实验优选出ALE-CDs的最佳制备工艺。结果表明,ALE-CDs表面存在大量的羟基（—OH）、羧基（—COOH）和氨基（—NH₂）等官能团,在水中具有优良的分散性和稳定性,荧光量子产率及寿命分别为19.20%和6.03 ns。利用ALE-CDs为荧光探针检测不同金属离子,发现ALE-CDs对Fe³⁺表现出较好的选择性,荧光强度与Fe³⁺浓度（0~50 μmol/L）呈良好的线性关系,Fe³⁺检出限约为1.66 μmol/L。     

离子交换树脂在造纸废水脱盐中的应用研究

本研究采用732氢型阳离子交换树脂（以下简称阳离子树脂）、201×7氢氧型阴离子交换树脂（以下简称阴离子树脂）对造纸废水进行脱盐处理,研究了树脂在静态吸附和动态吸附过程中对造纸废水中离子的吸附性能。结果表明,阳离子树脂对造纸废水中Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和Fe³⁺均有明显的去除效果,阴离子树脂对Cl^-和SO₄^2-有明显的去除效果。吸附时间为15 min、阳离子树脂∶阴离子树脂=1.2∶1.4（质量比）,阳、阴离子树脂联用脱盐效果最佳。动态吸附过程中,随着流速增大,阳、阴离子树脂对离子的去除效果逐渐减弱,阳离子树脂适宜动态吸附流速为4~12 BV/h,阴离子树脂适宜动态吸附流速为4~10 BV/h。阳离子树脂的最佳再生条件为动态吸附流速4 BV/h、质量分数4%、体积3 BV,阳离子树脂再生率为94%;阴离子树脂的最佳再生条件为动态吸附流速4 BV/h、质量分数5%、体积3 BV、阴离子树脂再生率为84%。饱和吸附后树脂多次充分再生情况下,阳离子树脂再生率保持在90%以上,阴离子树脂再生率保持在80%以上。     

贝莱斯芽孢杆菌角蛋白酶的克隆表达、纯化及酶学性质

为了获得更好的羽毛粉降解酶，本文从贝莱斯芽孢杆菌基因组中筛选到一个角蛋白酶基因（baker1），对其克隆并在大肠杆菌BL21（DE3）中异源表达，最后对重组角蛋白酶（BaKer1）进行了分离纯化、表征及应用研究。实验结果表明，BaKer1的最适反应pH为9.5，最适反应温度为55℃，在中温和碱性条件下具有较好的稳定性。1 mmol/L Ca²⁺对BaKer1有显著地促进作用，5 mmol/L Mn²⁺对BaKer1有轻微地抑制作用，其他金属离子对BaKer1影响不大。PMSF对BaKer1的活性具有显著抑制作用，表明BaKer1是典型的丝氨酸蛋白酶。分别以羽毛粉、偶氮酪蛋白、酪蛋白为底物测定了BaKer1的动力学参数，K_m值分别为5.06、1.09和1.39 mmol/L，k_cat/K_m值分别为1 058.24、2 536.54和3 733.79·(s·mmol/L)。BaKer1处理羽毛粉，能达到酸水解效果的 33.51%，说明它在羽毛粉降解过程中具有潜在的应用价值。     

Mg（OH）2粒径对辐射松氧脱木素的影响

为进一步探讨镁盐作为纤维素保护剂的作用机制,研究了纸浆氧脱木素过程中添加不同粒径（20、50、100、200、500 nm）的Mg（OH）₂对添加多种过渡金属离子（Cu²⁺、Mn²⁺和Fe³⁺）的辐射松硫酸盐浆氧脱木素的影响,通过测定氧脱木素后纸浆卡伯值和黏度,分析不同粒径Mg（OH）₂对纤维素的保护效果。研究结果表明,在纸浆氧脱木素过程中,不同粒径的Mg（OH）₂对纸浆卡伯值、木素脱除率没有显著影响;但小粒径的Mg（OH）₂对纸浆黏度的保护能力要优于大粒径的Mg（OH）₂。氧脱木素中添加Mg（OH）₂粒径越小,纸浆黏度降低越少,手抄片物理强度越大。     

基于新型金属有机框架模拟酶的电化学检测食品胆固醇体系的构建

基于金属有机框架具有模拟酶的特性,构建实时检测胆固醇电化学传感器。采用自组装的方法制备出新型的复合金属有机框架模拟酶(Fe₃O₄@Au/MOF)纳米粒子,其兼具了Fe₃O₄磁性粒子的可回收特点以及金纳米粒子的加速电子转移等优点。并利用红外光谱、透射电子显微镜以及X射线光电子能谱对制备成功的Fe₃O₄@Au/MOF的结构和形貌进行表征。借助Fe₃O₄@Au/MOF的类过氧化物酶双重催化性能使胆固醇氧化为胆甾烯三酮和H₂O₂,而H₂O₂在其进一步的催化下产生的具有氧化活性的羟基自由基可促进3,3′,5,5′-四甲基联苯胺发生氧化还原反应,进而增加了体系中电荷的移动。根据电信号的响应情况, 从而实现对胆固醇的快速定性和高效定量的检测。研究结果表明,采用循环伏安法测得优化检测体系为:反应温度为 50℃,Fe₃O₄@Au/MOF 添加量为0.0125g,扫描速率为0.10V/s,缓冲溶液pH=4；当胆固醇浓度处于0.001~1.500mmol/L时呈现良好的线性关系,线性回归方程为y=20.6401x+4.7722,R²=0.9956,最低检测限为2.7μmol/L；且检测体系具有良好的回收率和抗干扰性,在食品分析和生化分析等方面具有良好的应用前景。     

皮芯复合离子交换纤维的吸附性能

测定自制皮芯复合离子交换纤维对Zn2+、Cu2+的静态吸附量,研究纤维对Zn2+、Cu2+吸附动力学以及影响吸附性能的主要因素,探讨该纤维材料的化学稳定性和使用再生性能,结果表明：该离子交换纤维对Cu2+、Zn2+吸附的主控步骤为液膜扩散,在实验的浓度范围内(0.005～0.2 mol/L),纤维对这2种金属离子的吸附均属单分子层吸附,其等温吸附可以用Langmuir和Freundlich方程来描述,该纤维对Cu2+、Zn2+吸附速率快,最大吸附量均超过2mmol/g,最佳pH值为8.0～9.0左右,有良好的吸附性能和使用稳定性。     

植物乳杆菌X7021吸附重金属和降解亚硝酸盐能力的研究

目的 为了发掘植物乳杆菌X7021在食品发酵剂和益生菌方面的应用潜力, 本文研究了该菌株吸附重金属与降解亚硝酸盐的能力 。方法 采用分光光度法检测Cu2+和亚硝酸盐含量, 采用石墨炉原子吸收分光光度法检测Cd2+和Pb2+含量。探讨pH、温度、吸附时间和离子浓度等因素对植物乳杆菌X7021吸附重金属能力的影响, 以及亚硝酸盐浓度对其生长和降解能力的影响。结果 植物乳杆菌X7021对重金属的吸附率和吸附量均受到吸附条件的影响。首先，吸附量随着金属离子浓度的增加而增加, 而吸附率呈现出先快速下降后趋于平缓的趋势。其次, 吸附率和吸附量均随吸附时间增加而增加, 且植物乳杆菌X7021对Pb2+的吸附量明显优于Cu2+、和Cd2+。第三, Cu2+、Cd2+和Pb2+的最大吸附率分别在pH=7、7和6；且温度为37 °C时, 三种重金属离子的吸附率和吸附量均达到最大。除此之外, 植物乳杆菌X7021在24 h内几乎完全降解100 mg/L NaNO2, 且可耐受浓度高达700 mg/L的亚硝酸盐。结论 植物乳杆菌X7021能够有效吸附Cu2+、Cd2+、Pd2+等重金属离子, 且对亚硝酸盐有较强的降解和耐受能力, 在发酵食品及益生菌领域具有潜在的应用前景。     

Adsorption of several metal ions onto a low-cost biosorbent: kinetic and equilibrium studies

Sugar beet pulp generated by sugar-refining factories has been shown to be an effective adsorbent for the removal of heavy metals from aqueous solutions. The structural components related to the metallic adsorption being determined, batch adsorption studies were performed for several metal ions, namely, Pb2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, and Ni2+ cations. Two simple kinetic models, that is, pseudo-first- and pseudo-second-order, were tested to investigate the adsorption mechanisms. The kinetic parameters of the models were calculated and discussed. For an 8 x 10(-4) M initial metal concentration, the initial sorption rates (v0) ranged from 0.063 mmol x g(-1) x min(-1) for Pb2+ to 0.275 mmol x g(-1) x min(-1) for Ni2+ ions, in the order Ni2+ > Cd2+ > Zn2+ > Cu2+ > Pb2+. The equilibrium data fitted well with the Langmuir and Freundlich models and showed the following affinity order of the material: Pb2+ > Cu2+ > Zn2+ > Cd2+ > Ni2+. The metal removal was strongly dependent on pH and, to a lesser extent, ionic strength. Ion exchange with Ca2+ ions neutralizing the carboxyl groups of the polysaccharide was found to be the predominant mechanism, added with complexation for Pb2+, Cu2+, and Zn2+ metals.     

罗耳阿太菌多糖对Cu2+和Cd2+的吸附工艺优化及表征

以罗耳阿太菌多糖(Athelia rolfsii polysaccharide,AEPS)为生物吸附剂,探究其对水中铜(Cu2+)和镉(Cd2+)重金属离子的吸附。在单因素实验的基础上,采用正交试验优化AEPS吸附Cu2+和Cd2+效果,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对AEPS吸附重金属离子前后的表面形貌进行表征和分析,初步揭示了AEPS吸附Cu2+和Cd2+机理。结果表明,Cu2+吸附效果最优条件为:pH4.5,AEPS浓度1.5 g/L,吸附温度40 ℃,吸附时间45 min时,Cu2+吸附率为88.27%;Cd2+吸附效果最优条件为:pH6.5,多糖浓度1.5 g/L,吸附温度45 ℃,吸附时间60 min时,Cd2+吸附率为77.81%。SEM、EDS和FTIR结果表明,AEPS中的O-H、C-H、C-O和CCO官能团参与吸附反应,吸附Cu2+和Cd2+的AEPS的表面结构也发生明显变化,试验结果表明AEPS对Cu2+和Cd2+有良好的吸附作用。     

β-环糊精/聚丙烯酸酯纳米纤维膜的耐水性及其对重金属离子的捕集

为得到一种可捕集废水中重金属离子的耐水型过滤膜新材料,将β-环糊精(β-CD)与聚丙烯酸酯(PA)共混,通过静电纺丝技术制备了β-CD/PA纳米纤维膜。利用扫描电子显微镜(SEM)表征了所制纳米纤维的表面形貌,探讨了β-CD质量分数对其表面形貌的影响,并研究了其对铜、铁等重金属离子的捕集能力。通过捕集前后的SEM照片初步分析了其捕集机制。结果表明:PA膜在40 min后的吸水率维持在8%,具有良好的耐水性;当PA质量分数为10%时,纳米纤维膜中单丝间的相互黏结情况随β-CD质量分数的增大有显著改善;PA质量分数为10%,β-CD质量分数为50%(相对于PA)时,纳米纤维膜对铜、铁离子的捕集量可分别达到82.0、219.5 mg/g;捕集铜离子后的纳米纤维膜表面有明显的离子富集。     

改性聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维膜对重金属离子的吸附性能

为改善重金属离子对环境的破坏作用,制备了改性聚乙烯醇-乙烯共聚物(PVA-co-PE)纳米纤维膜用于重金属离子吸附。探讨了重金属初始浓度、吸附时间及pH值对改性膜重金属吸附量的影响。结果表明:经罗丹宁改性后的纳米纤维膜对Hg~(2+)的吸附属于Langmuir吸附等温线,遵从准二级方程,即化学吸附;当pH=3时,改性膜对Hg~(2+)的平衡吸附量最大为17.26 mg/g,且具有一定的可循环利用性。此外,改性膜具有较好的抗菌性,对混合重金属溶液(Hg~(2+)和Pb~(2+))也具有一定的吸附能力,为重金属废水的处理提供一种有效方法。     

功能化磁性吸附材料制备及其在食品重金属检测中的应用

以Fe3O4作为载体,L-半胱氨酸(含巯基)作为功能单体,设计合成一种针对重金属吸附的L-半胱氨酸功能化Fe3O4磁性材料,并通过透射电镜及X射线光电子能谱等手段对材料进行表征。表征结果显示,磁性Fe3O4微球被硅胶层包裹在内,形貌上呈现典型"核-壳"结构,材料表面S元素负载量达8.2%(硫原子百分比)。以该材料作为固相萃取的吸附剂,吸附等温方程符合Langmuir吸附模型,Cd2+和Cu2+的最大吸附容量分别为238.1 mg/g和227.3 mg/g。结合石墨炉原子吸收光谱法,构建基于食品中痕量Cd2+和Cu2+的检测方法。系统考察影响吸附效率的多个参数,包括吸附选择性、吸附液pH值、吸附时间等。在优化条件下,该方法对Cd2+和Cu2+检测的线性范围均为:0.2μg/L^5.0μg/L,相关系数R2>0.997 0,检出限分别为0.12、0.13μg/L。将该方法用于实际样品的检测,回收率为87.0%~94.0%,相对标准偏差小于6.0%。     

Sorption and desorption of Cd2+ and Zn2+ ions in apatite-aqueous systems

As a low-soluble phosphate mineral capable of binding various metal ions, apatite can be used to immobilize toxic metals in soils and waters. In the present research the factors affecting sorption and desorption of Cd2+ and Zn2+ ions on/from apatites are investigated. Batch experiments were carried out using synthetic hydroxy-, fluoride-, and carbonate-substituted apatites having various specific surface area (SSA). Apatite sorption capacity was found to depend mainly on its SSA, ranging from 16 to 78 and from 11 to 79 mmol per 100 g of apatite for Cd2+ and Zn2+, respectively. The solution composition (pH, and presence of Cl- and NO3- ions) had no essential impact on sorption. Desorption of bound cations depended both on the sorption level and solution composition. The amount of desorbed Cd2+ and Zn2+ increased proportionally to the amount of sorbed cations. However, apatites having higher sorption capacity release relatively less sorbed cations. Desorption increases with increasing Ca2+ concentration in the solution, reaching 8-20% of sorbed Cd2+ in 0.002 M, 10-35% in 0.01 M, and 33-45% in 0.05 M Ca(NO3)2 solution. Compared to nitrate solutions, the presence of Cl- ions in the solution promotes the release of bound cations. Desorption of Zn2+ is slightly higher than that of Cd2+. The desorption mechanism was assumed to include both ion-exchange and adsorption of Ca2+ ions on apatite surface.     

用静电纺丝法制备可交联高性能聚合物纳米纤维

为解决高性能聚合物作为模板材料在烧蚀过程中会出现黏连或者成膜的问题,采用亲核缩聚法制备了含有10%烯丙基的羧基聚芳醚酮聚合物,利用静电纺丝法将该聚合物制成负载有镉离子的含羧基聚芳醚酮纳米纤维,将得到的纤维在紫外光的照射下交联固化,通过烧蚀得到氧化镉纳米纤维。通过扫描电子显微镜照片可看到：交联后的氧化镉纳米纤维形貌保持良好,而未经交联的模板煅烧后得到的纤维出现严重的熔融变形,甚至连成薄膜。纤维形态测试结果表明,经过交联后的聚合物复合纤维煅烧后得到的氧化镉纳米纤维结构保持完好,且直径比较均匀。可交联羧基聚芳醚酮在进行交联固化后能够保持良好的形貌特征,起到了很好的模板作用。     

超细纤维合成革基布的制备及其性能

为提高聚酯/聚酰胺6(PET/PA6)中空超细纤维合成革基布的透湿性、柔软性,将聚丙烯腈(PAN)纳米纤维与PET/PA6超细纤维混合,通过水刺固网的方法制备出PAN-PET/PA6微/纳米超细纤维合成革基布并进行碱处理,分析了PAN纳米纤维质量分数对革基布透气性、透湿性、吸湿性、柔软度及力学性能的影响。结果表明:当革基布面密度一定时,随着PAN纳米纤维质量分数的增加,革基布的透湿性、吸湿性、柔软度、撕裂性能提升,而透气性能和断裂强力有所下降;当PAN纳米纤维质量分数为20%时,革基布的透湿率提升了15.19%,吸水量提高了23.53%,柔软度增加了38.17%;经碱处理后,革基布的亲水性有了明显改善,透湿率提升了23.81%,吸水量提高了42.26%,柔软度提高了23.20%。