纤维素衍生物气凝胶在吸附方面的应用

从工业废水中去除有害化合物是解决其对环境和人类健康的有害影响的迫切需要。尤其是重金属和合成染料，它们排放量大，不可生物降解，致癌，并在食物链中永久残留。积极探索的净化这些污染物的技术包括吸附、化学沉淀、离子交换、络合、光降解、电渗析、反渗透和超滤膜分离。吸附法以其经济优势和技术可行性被证明是最有前途的解决方案之一。气凝胶因其具有低密度、高比表面积、高孔隙率和可回收性等优点，在吸附领域引起了广泛的研究关注。

目前，制备一种含氧化石墨烯和聚合物的复合气凝胶已被广泛应用于高效去除有机染料。Zhang等通过定向冻结技术，制备了聚(甲基乙烯醚-马来酸)/聚(乙二醇)交联的新型三维羧甲基纤维素(CMC)/还原氧化石墨烯(还原氧化石墨烯)复合气凝胶。气凝胶结构稳定性好，并且保持了对液体中有机染料的良好吸附能力。他们研究了一系列不同GO用量的交联气凝胶对亚甲基蓝（MB）的吸附性能，发现rGO的加入使其最大吸附量达到520.67mg/g。吸附动力学和等温线研究表明，吸附过程遵循准二级吸附模型和Langmuir吸附模型，吸附过程为自发过程。此外，交联气凝胶经稀盐酸溶液洗涤后易于回收，循环5次后可保持97%以上的吸附容量。这些优良的性能使交联CMC/rGO气凝胶在废水处理和环境保护方面具有潜在的应用前景。

开发吸附能力提高的改性纤维素作为氧化石墨烯组装离子中介，实现纤维素和氧化石墨烯具有韧性高、润湿性好、吸附能力多样等优点的更经济的气凝胶具有重要意义。Xiong等开发了一种具有阳离子和阴离子基团的两性纤维素（AP-MCC），用于介导氧化石墨烯和FeO纳米聚集体的自组装凝胶化，制备出具有开放通道的两性活性基团的磁性气凝胶（MAG），具有离子吸附能力，能同时去除水中的阴离子和阳离子污染物，包括染料和金属离子。对刚果红和亚甲基蓝的饱和吸附量分别达到282和346mg g，对Cu2+、Pb2+、Cd2+和Cr3+分别达到222.2 mg g、568.2 mg g、185.5 mg g和122.2 mg g。吸附动力学的拟二级动力学模型表明，阳离子和阴离子基团的化学吸附控制了吸附过程。Langmuir和Freundlich等温模型分别较好地描述了MAG对金属离子和染料的吸附行为。吸附后的MAG可以很容易地用磁铁从水中分离出来，通过温和洗脱进一步解吸，经过5次循环使用，证明了MAG结构稳定，对染料和金属离子的吸附量保持在68%以上。这为开发多功能吸附剂解决污染物的电荷多样性提供了新的思路。

为了克服生物质气凝胶在油水分离过程中机械性能差的问题，Yang等采用双向冷冻、冷冻干燥、化学交联、硅烷化等工艺制备了超弹性、高疏水性和亲油性的海藻酸钠/纤维素纳米纤维气凝胶。得到的气凝胶具有最小的能量耗散，最大压应力为80.4KPa，最小塑性变形为4.15%。超弹性、高疏水性/亲油性的气凝胶在保持原有形状的同时，可重复用于油水混合物的分离，吸油量可达气凝胶重量的34倍。此外，该气凝胶可以在泵的辅助下实现油水混合物的连续分离。

参考文献：

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