新型水凝胶高效吸附废水中Cd(II)的研究

以廉价的海藻酸钠、丙烯酸和三乙烯四胺作为原料,设计并制备出具有双网络互穿结构的海藻酸钠/聚丙烯酸水凝胶。通过对水凝胶的物理化学性能表征,发现该凝胶具有三维网络结构和较好的稳定性能。以Cd(II)离子作为研究对象,以水凝胶作为重金属吸附剂进行吸附实验,结果表明该水凝胶能在pH值大于2.5时具有较高的吸附率;吸附实验中由于水凝胶的三维网络结构,Cd(II)离子能在其内部进行有效扩散,在离子质量浓度为120 mg/L,水凝胶质量浓度为1g/L的条件下,整个吸附过程在60 min内达到吸附平衡;离子质量浓度低于120 mg/L时,大量暴露的活性位点使水凝胶的吸附效率达到95%以上。在选择性吸附实验中,水凝胶对Cd(II)的吸附效率最高,分配系数Kd达到84.62 L/g。海藻酸钠/聚丙烯酸水凝胶是一种具有处理重金属废水潜力的吸附材料。     

利用氧化石墨烯复合膜吸附去除水中重金属离子的研究进展

氧化石墨烯作为一种独特的碳纳米材料,具有很高的比表面积,且其表面含有丰富的羟基、羧基等含氧基团,被认为是一种得天独厚的吸附材料,在净化水体方面有着广阔的发展前景。目前,为进一步提高氧化石墨烯对重金属离子的选择吸附性,氧化石墨烯被辅之以其他功能化材料,来制备复合材料。此外,膜分离技术在解决水环境问题上效果显著,因此将氧化石墨烯复合材料与膜分离技术相结合,来制备氧化石墨烯复合膜,对净化水体起到了事半功倍的效果。本文综述了氧化石墨烯复合膜材料的制备方法,并对其去除水中重金属离子的研究进展与吸附机理进行了综述,也对后续研究方向进行了展望。     

氧化石墨烯/海藻酸钠复合膜对Pb(Ⅱ)的吸附性能和机制

海藻酸钠（SA）基的过滤膜是处理含Pb（Ⅱ）废水的理想膜分离材料,将氧化石墨烯（GO）和尿素添加进SA中,以CaCl₂溶液交联,制备出GO/SA复合膜,并考察了其对水溶液中Pb（Ⅱ）的吸附性能。通过静态吸附实验,探讨了Pb（Ⅱ）初始浓度、GO质量分数、初始pH值和吸附时间、吸附-解吸次数等对GO/SA复合膜吸附Pb（Ⅱ）效果的影响;对吸附过程进行了吸附动力学和吸附热力学分析,利用FTIR-ATR、XPS等对GO/SA复合膜吸附Pb（Ⅱ）的机制进行了解析。结果表明,GO/SA复合膜对Pb（Ⅱ）的吸附量与Pb（Ⅱ）初始浓度正相关,在pH=5时吸附效果最优,GO质量分数为0.3wt%时为最优配比;吸附过程符合伪二级动力学模型;热力学等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,温度为318 K时,Langmuir模型拟合得到的GO/SA复合膜吸附量达到320.51 mg·g-1。GO/SA复合膜对Pb（Ⅱ）的吸附机制主要为物理吸附。      

氧化石墨烯/SiO_2复合材料对Cd(Ⅱ)的吸附

以氧化石墨烯(GO)、正硅酸乙酯(TEOS)为原料,聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)为表面活性剂,合成了GO/SiO_2复合材料。通过静态吸附试验,探讨了pH、GO/SiO_2投加量、吸附时间和Cd(Ⅱ)初始浓度对GO/SiO_2吸附Cd(Ⅱ)的影响,采用了FTIR、XRD、SEM和EDS对GO/SiO_2吸附Cd(Ⅱ)进行表征分析,并探讨了其对Cd(Ⅱ)的吸附机制。结果表明,当溶液pH为8.5,投加量为0.25g/L,吸附时间为100min时,GO/SiO_2吸附Cd(Ⅱ)效果最佳。吸附过程较好的拟合了准二级动力学模型(R~2≈1)和Freundlich等温吸附模型(R~2≈1)。XRD表明SiO_2与GO成功复合;FTIR、SEM等结果表明,GO/SiO_2吸附Cd(Ⅱ)前后自身结构并未发生变化,其对Cd(Ⅱ)具有很好的吸附效果,对Cd(Ⅱ)的吸附机制以—OH、—COOH的离子交换作用为主,Si—OH的络合反应并存。     

氧化石墨烯/有机改性膨润土复合材料的制备及其对Cd(Ⅱ)的吸附

以氧化石墨烯（GO）、膨润土（Bent）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为原料,合成了GO/有机改性Bent （OM-Bent）复合材料,用其处理浓度为10 mg·L^-1的含Cd （Ⅱ）废水。研究了GO/OM-Bent复合材料中GO含量、pH、GO/OM-Bent复合材料投加量、反应时间、Cd （Ⅱ）初始浓度及共存离子对GO/OM-Bent复合材料吸附Cd （Ⅱ）的影响。结果表明：在pH值为6、GO质量分数为30wt%、GO/OM-Bent复合材料投加量为200 mg·L^-1时,GO/OM-Bent复合材料吸附Cd （Ⅱ）效果最佳,120 min即达到平衡,较同等条件下OM-Bent和GO单独作用时Cd （Ⅱ）吸附量分别高12.01 mg·g^-1和5.39 mg·g^-1;准二级动力学模型能很好地描述其吸附过程,吸附等温线符合Langmuir模型,温度为303 K时,GO/OM-Bent复合材料对Cd （Ⅱ）的最大吸附量为133.33 mg·g^-1。解吸实验结果表明,经5次吸附-解吸循环实验后,Cd （Ⅱ）的吸附率仍高达83.5%,说明GO/OM-Bent复合材料具有很好的循环再生性能。     

氮化硼纳米片吸附Cd(II)的动力学和热力学研究

本工作对Cd(II)在多孔六方氮化硼(p-BN)上的吸附行为和机理进行了系统而全面的研究, 考察了溶液pH、吸附剂用量、接触时间和温度等条件对于Cd(II)吸附的影响, 并采用不同手段表征了吸附前后p-BN的化学组成、形态和表面官能团的变化, 进而研究其吸附机理。研究结果显示, 在pH 7.0和313 K条件下, Cd(II)的最大吸附容量可达到184 mg·g ^-1, 其动力学数据与拟二级模型和颗粒内扩散模型吻合, 表明吸附主要受化学吸附控制, 限速步骤主要是分子扩散。Cd(II)在p-BN上的吸附是一个自发和吸热过程, 吸附等温线分别符合Freundlich和Langmuir模型, 说明Cd(II)通过多层和单层吸附而吸附在非均相表面上。XPS的光谱结果显示, p-BN吸附剂具有大量的B-N, B-O等结构用作键合位点, 有利于从废水中吸收Cd(II)。这些结果表明, p-BN有希望作为吸附材料用于清除水体中的Cd(II)。     

不同氧化程度氧化石墨烯/聚乙烯醇气凝胶对亚甲基蓝的吸附

氧化石墨烯(GO)对水中染料有着优异的吸附性能,但其氧化程度对复合材料吸附性能和机制的影响还未被充分研究。采用Hummer法,制备3种不同氧化程度的氧化石墨烯,与聚乙烯醇(PVA)复合得到三种GO/PVA气凝胶。利用红外光谱(FTIR)、元素分析(EA)和热重分析(TG)分析了3种GO的氧化程度;以亚甲基蓝(MB)为模拟污染物,通过静态吸附实验考察了GO氧化程度对GO/PVA气凝胶在不同溶液pH、吸附时间、初始浓度下对MB吸附性能的影响。通过吸附动力学模型、吸附等温线模型和吸附热力学模型探究了GO氧化程度对GO/PVA气凝胶吸附机制的影响。研究结果表明:GO/PVA气凝胶对MB的吸附行为受pH影响较小;提高GO的氧化程度可以明显提升GO/PVA气凝胶的吸附容量和吸附速度,GO氧化程度的提高增加了气凝胶上的吸附位点,有利于吸附。此外,GO氧化程度对GO/PVA气凝胶的吸附机制无明显影响。      

氧化石墨烯/丝素蛋白凝胶结构及其性能研究

目前医用凝胶材料普遍存在力学强度较差及生物降解速度过快等问题。以蚕丝丝素蛋白(SF)凝胶为基础材料,加入氧化石墨烯(GO),并将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)及N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)作为交联剂制备SF/GO复合凝胶,旨在改善凝胶材料的力学性能,使其在保证复合凝胶材料应有的力学强度的同时,发挥丝素蛋白、氧化石墨烯的生物学效应及凝胶材料的多孔支架作用。实验结果显示,EDC的加入可以使得SF、GO共混形成稳定、均匀的无规卷曲结构,扫描电镜(SEM)显示SF/GO凝胶具有典型的多孔结构。GO的加入可以有效缩短复合材料的凝胶时间,同时复合凝胶材料的力学性能得到明显改善,其压缩强度提高40%以上。GO的加入还可明显延长材料的降解时间。基于SF/GO的复合凝胶在组织修复及再生领域具有较好的应用前景。     

氧化石墨烯-聚合羟基铝复合材料的合成及其对Cd(Ⅱ)的去除效果

为制备高效Cd(Ⅱ)吸附剂,首先,采用正向滴定法将聚合羟基铝(Al₁₃)加入到氧化石墨烯(GO)的悬浮液中,以GO为基体制备了氧化石墨烯-聚合羟基铝复合材料(GO-Al₁₃);然后,利用XRD、FTIR和SEM等分析技术对GO-Al₁₃进行表征,并将10 mg GO-Al₁₃添加至50 mL初始浓度为10 mg/L的Cd(Ⅱ)废水中进行吸附实验,研究了GO-Al₁₃对Cd(Ⅱ)的去除效果。结果表明:[Al₁₃]7+离子会与GO的含氧官能团发生作用,产生Al-O基团;将[Al₁₃]7+离子加入到GO中后, GO-Al₁₃的表面形貌与GO相比会发生较大改变,出现不规则的凹凸结构,且粗糙程度也大幅度增加;当废水中Cd(Ⅱ)的初始浓度为10 mg/L、初始pH为6.0时,去除率可达98.92%。所得结论显示GO-Al₁₃对Cd(Ⅱ)的去除效果较好。      

Reduced graphene oxide-based calcium alginate hydrogel as highly efficient solar steam generation membrane for desalination

Solar-driven evaporation has been considered as one of the potentialmethods for desalination and sewage treatment.However,optical concentrators andcomplex multi-component systems are essential in advanced technologies,resulting inlow efficiency and high cost.Here,we synthesize a reduced graphene oxide-basedporous calcium alginate(CA-rGO)hydrogel which exhibits good performance in lightabsorption.More than 90%of the light in the whole spectrum can be absorbed.Meanwhile,the water vapor escapes from the CA-rGO film extremely fast.The waterevaporation rate is 1.47 kg·m^-2·h^-1,corresponding to the efficiency 77%under only 1 kW'm 2 irradiation.The high evaporation efficiency is attributed to the distinctive structureof the film,which contains inherent porous structure of hydrogel enabling rapid watertransport throughout the film,and the concave water surfaces formed in the hydrophilicpores provide a large surface area for evaporation.Hydrophobic rGO divides theevaporation surface and provides a longer three-phase evaporation line.The test onmultiple cyclic radiation shows that the material has good stability.The CA-rGO hydrogelmay have promising application as a membrane for solar steam generation indesalination and sewage treatment.     

海藻酸钙水凝胶/聚乳酸复合材料的制备与性能

通过化学发泡-冷冻干燥-粒子滤出复合法制备聚乳酸(PLLA)大孔支架, 然后在大孔内以海藻酸钠(SA)、碳酸钙、葡萄糖酸内酯(GDL)为原料, 通过原位相转变制备海藻酸钙水凝胶/聚乳酸复合材料(CA/PLLA); 分别利用SEM、压缩强度测试和细胞培养对CA/PLLA支架的形貌、力学性能及生物相容性进行了研究。结果表明: PLLA具有直径小于2 mm、孔道相互连通的孔洞, 且在大孔中能够形成均匀的CA。CA/PLLA复合材料的压缩强度(2.74 MPa)远大于单一的海藻酸钙水凝胶的压缩强度(0.10 MPa)。在CA/PLLA复合支架中, 软骨细胞呈簇状圆形生长状态, 与其在天然软骨陷窝里生长状态一致。这种软硬结合、天然与合成高分子杂化的CA/PLLA复合材料的力学强度和生物相容性同时得到提高, 可进一步作为骨和软骨修复材料研究。     

海藻酸钙水凝胶过滤膜的制备及其对硫酸钙的截留

以尿素为致孔剂制备了海藻酸钙(CA)水凝胶过滤膜,测试了其通量、截留率和力学性能;通过扫描电子显微镜(SEM)观测其过滤硫酸钙前后的表面形貌。结果表明,增加尿素含量,均导致膜应力和应变的下降;而膜的纯水通量则迅速增大,尿素含量为3.0%(质量分数)时达到28.7 L/(m2·h),为最大;0.2 MPa下,过滤1.7 g/L硫酸钙时对Ca2+和SO2-4的截留率分别为83%和92%,稳定通量达到21.7 L/(m2·h)。     

负载纳米银/石墨烯复合物的海藻酸钠水凝胶薄膜的制备及应用

海藻酸钠(SA)是一种天然高分子聚合物,而纳米银(Ag)具有良好的抗菌性,因此利用二者制备的水凝胶敷料在生物医学领域具有广阔的应用前景。本文首先将Ag纳米颗粒负载于氧化石墨烯(GO)片表面得到Ag/石墨烯复合物(Ag-GO),然后再将其添加到SA中,通过溶胶-凝胶法获得负载Ag-GO的双层海藻酸钠水凝胶薄膜(Ag-GO/SA)。利用FTIR、XRD和SEM等技术对Ag-GO/SA的组成结构和微观形貌进行了表征,并评价了其溶胀性、抗菌性、力学、体外细胞毒性和体内伤口愈合能力等性能。结果表明Ag-GO/SA具有良好的溶胀性、力学强度和抗菌性等性能,与医用纱布相比,Ag-GO/SA可促进SD大鼠的伤口愈合,伤口愈合率高达98%,作为新型伤口敷料具有很大的应用潜力。      

硅酸钙-海藻酸钙复合水凝胶膜的制备及表征

将海藻酸钠与硅酸钙共混,经过钙离子交联制备了硅酸钙-海藻酸钙(CaSiO_3-CaAlg)复合水凝胶平板膜,观测了其形貌。对CaSiO_3-CaAlg复合膜进行了FTIR、TG和XRD表征。研究了不同CaSiO_3含量的CaSiO_3-CaAlg复合水凝胶平板膜在湿态下的力学拉伸性能,并研究了其溶胀性能。结果表明,CaSiO_3与CaAlg具有较好的相容性,CaSiO_3的加入改善了CaAlg的热性能。随着CaSiO_3含量的增加,CaSiO_3-CaAlg复合水凝胶膜的极限应力先增加后减小。CaSiO_3-CaAlg复合水凝胶膜制备方法简单,没有用到任何有机溶剂,膜厚度可控且均匀,易批量生产,有望应用于组织工程材料以及医用敷料中。     

海藻酸钙/聚丙烯无纺布复合过滤膜的制备及性能

以聚丙烯（PP）无纺布为载体,不添加致孔剂制备了海藻酸钙/PP无纺布（CaAlg/PP）水凝胶复合过滤膜。通过SEM、TG对CaAlg/PP复合膜的表面形貌、热稳定性能进行表征。研究了CaAlg/PP复合膜的抗溶胀性能及其对染料吸附和染料截留的性能。结果表明,CaAlg/PP复合膜的抗溶胀性能比CaAlg水凝胶膜有很大提高。在0.1 MPa压力下,NaCl浓度为1 g·L-1时,料液通量为9.5 L（m2·h）-1,对亮蓝的截留率达到98.3%。CaAlg/PP复合膜的耐压性能远优于CaAlg膜,经过Ca2+交联后可以多次重复使用。CaAlg/PP复合膜对阴离子染料的吸附量很小,避免了染料的吸附污染。CaAlg/PP复合膜可应用于染料中低浓度盐的脱除。      

Selective elimination of lead(II) ions by alginate/polyurethane composite foams

A new type of adsorbent which is capable of selectively adsorbing lead(II) ions (Pb(2+)) was developed. The adsorbent was generated by reaction of sodium alginate with NB-9000B, a polyisocyanate type of prepolymer of polyurethane. The adsorbent was a hydrophilic and flexible alginate/polyurethane composite foam (ALG/PUCF) with the alginate chemically immobilized in the cell walls of the foam. Acid-base titration was used to quantify the concentration of carboxyl groups, which are present on the alginate molecules of the ALG/PUCF, functioning as the essential sites for binding Pb(2+). For the optimized ALG/PUCF, the carboxyl was found to be 38.2+/-1.2mumol/g of dry weight. The capacity for adsorbing Pb(2+) ions in 1.0g of dry weight of the optimized ALG/PUCF was found to be 16.0+/-2.1mumol, indicating that ion exchange was the essential mechanism for adsorbing Pb(2+) ions. The adsorption capacity was found to be highly sensitive to the pH of the sample solution; lower pH (<3) significantly decreased the adsorption. Competing ions such as Mg(2+), Ca(2+), and Cd(2+) also caused a decrease in selectivity and capacity for Pb(2+) adsorption, although the effect was less pronounced than the effect of pH. The ALG/PUCF is highly stable, flexible and easy to use. ALG/PUCF is also reusable after regeneration with ethylenediamine-N,N,N',N'-tetraacetic acid, disodium salt (EDTA-2Na). Due to these features, this adsorbent may be highly useful for elimination of Pb(2+) ions from contaminated water.     

界面聚合法制备海藻酸钠/聚砜复合纳滤膜

以聚砜(PS)超滤膜为基膜,海藻酸钠(Sodium Alginate,NaAlg)和均苯三甲酰氯(TMC)分别为水相和油相反应单体,经界面聚合反应制备一种新型复合纳滤膜.研究了制备影响因素对复合膜分离性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)对复合膜的表面形态和断面结构进行了表征.结果表明,当海藻酸钠的质量分数为2.0%,TMC的质量分数为0.25%,TMC反应时间为30s,热处理温度为50℃,热处理时间为10min时所制备的膜性能最好.所制备的复合纳滤膜在操作压力1.0MPa下,对1 000mg/L的Na2SO4溶液的脱盐率为84.9%,通量为12.2L/(m2.h).     

磺化氧化石墨烯/聚砜复合膜的制备及抗污染性能

采用浸没沉淀-相转化法制备了磺化氧化石墨烯/聚砜（SGO/PSf）复合膜,对SGO/PSf复合膜的亲水性、纯水通量、孔隙率、表面Zeta电位、膜断面和表面形貌进行测定。为了分析SGO/PSf复合膜的抗污染性能,采用自制牛血清白蛋白（BSA）探针,借助原子力显微镜（AFM）测定了SGO/PSf复合膜与BSA之间的黏附力。结果表明,由于SGO与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的协同作用,SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜的表面自由能最大（114.47 mJ/m2）,亲水性最好,对BSA的截留率为97.5%,污染恢复率达到80.06%。BSA与SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜之间的黏附力最小（-0.61 mN/m）,说明SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜的抗污染能力最强。