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西南林大杜官本院士、張蓮鵬教授等 CEJ：生物質(zhì)多胺功能化納米纖維素負(fù)載共價(jià)有機(jī)骨架構(gòu)建復(fù)合氣凝膠高效去除Cr（VI）和甲基橙
2024-03-14  來源：高分子科技

  工業(yè)廢水的污染問題日益凸顯，特別是重金屬和有機(jī)染料的污染。其中，六價(jià)鉻（Cr（Ⅵ））作為一種毒性極強(qiáng)的重金屬，可通過水體傳播，影響生物鏈并對(duì)人類健康造成極大危害，如肝腎損傷，腹瀉，皮膚炎癥和胃癌等。甲基橙（MO），作為一種合成有機(jī)染料，在紡織、印染、化妝品和皮革中的使用量巨大，其不易降解的特性使其成為水體污染的重要來源。MO對(duì)陽光和水中氧氣的擴(kuò)散有很強(qiáng)的作用，這會(huì)破壞水生動(dòng)植物生態(tài)系統(tǒng)。它們?cè)诠I(yè)廢水中的廣泛存在對(duì)環(huán)境和公共健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此，構(gòu)建新型生物質(zhì)基吸附劑對(duì)去除廢水中的重金屬離子和有機(jī)染料是至關(guān)重要的。



  近期，西南林業(yè)大學(xué)杜官本院士、張蓮鵬教授、嘉興大學(xué)林燕飛博士等合成了一種新型的生物質(zhì)多胺，通過交聯(lián)納米纖維素并負(fù)載共價(jià)有機(jī)骨架（BT-Dg），制備了一種新型纖維素基雜化氣凝膠（TDB），該氣凝膠顯示出對(duì)Cr (Ⅵ)和甲基橙（MO）的高效去除能力。在最佳的條件下，雜化氣凝膠對(duì)Cr (Ⅵ)的吸附量可達(dá)470.67 mg/g；對(duì)MO的吸附量高達(dá)488.22 mg/g。相關(guān)研究成果近期以“Biomass polyamine-functionalized nanocellulose loaded covalent organic framework to construct composite aerogels for highly efficient removal of Cr (VI) and methyl orange”為題，發(fā)表在化工領(lǐng)域著名期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院一區(qū)TOP，IF=15.1 ）上。該工作為國(guó)家和云南省竹木資源的高值化開發(fā)利用提供了新思路與新途徑。 


圖1 新型生物質(zhì)多胺的合成


圖2 雜化氣凝膠TDB的制備流程


  該論文進(jìn)一步討論了電解質(zhì)離子、陰離子以及不同水質(zhì)對(duì)雜化氣凝膠（TDB）吸附性能的影響，比較了該氣凝膠在一元系統(tǒng)的吸附性能和二元系統(tǒng)中的吸附性能，測(cè)定了該雜化氣凝膠的可再生性。結(jié)果表明，制備的雜化氣凝膠具有超低密度、超輕、高吸附性能等優(yōu)點(diǎn)。 


圖3 雜化氣凝膠立在勒杜鵑葉子上的數(shù)碼照片（a）；電解質(zhì)離子強(qiáng)度的影響（b）；陰離子的影響（c）；不同水質(zhì)的影響（d）；二元系統(tǒng)Cr（Ⅵ）和MO吸附能力與一元系統(tǒng)Cr（Ⅵ）或MO的吸附能力的比較（e）；吸附-解吸循環(huán)（f）。
 

圖4 雜化氣凝膠吸附Cr (Ⅵ)和MO前后的XPS（a）；雜化氣凝膠的吸附機(jī)理（b）


  論文的通訊作者為西南林業(yè)大學(xué)的杜官本院士、張蓮鵬教授和嘉興大學(xué)的林燕飛博士。第一作者為西南林業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院2021級(jí)碩士研究生趙佳鑫。其他作者包括材料與化學(xué)工程學(xué)院本科生楊欣潔、楊藥紅，博士研究生劉礫以及學(xué)院解林坤教授、柴希娟教授和徐開蒙教授。


  該研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（22161043）、云南省基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（202301BD070001-239, 202201AU070071和202201AT070453）、云南省高層次人才引進(jìn)計(jì)劃項(xiàng)目（YNQR-QNRC-2019-065）、云南省木材膠粘劑及膠合制品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智基地等項(xiàng)目的資助。


  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150282


  西南林業(yè)大學(xué)張蓮鵬教授團(tuán)隊(duì)近年來致力于生物質(zhì)基膠黏劑，生物質(zhì)基熒光材料以及生物質(zhì)吸附/降解材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)工作。目前為止已經(jīng)在Chem. Eng. J., Sep. Purif. Technol., ACS Sustainable Chem. Eng., Int. J. Biol. Macromol., Ind. Crop. Prod., Adv. Compos. Hybrid Ma., Mater. Today Chem., Polym. Test., Chem. Commun., Org. Lett., J. Org. Chem等SCI期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利19項(xiàng)。近三年培養(yǎng)了3名碩士研究生獲得國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金和云南省優(yōu)秀畢業(yè)生，1名碩士研究生獲得云南省級(jí)獎(jiǎng)學(xué)金和西南林業(yè)大學(xué)校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)生。
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