纳米纤维素/壳聚糖磁性气凝胶染料吸附剂的制备及性能

采用纳米纤维素(CNF)和壳聚糖(CS)为凝胶网络单元,通过掺杂纳米四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))赋予其磁性,制备了一种纳米纤维素/壳聚糖磁性气凝胶,并研究了Fe_(3)O_(4)加入量对气凝胶结构、热稳定和吸附性的影响,以及吸附时间、溶液pH和溶液初始浓度对磁性气凝胶染料吸附量的影响。结果表明:CNF/CS磁性气凝胶具有良好的网络多孔结构,表现出良好的磁性吸附性能;加入纳米Fe_(3)O_(4)后,CNF/CS气凝胶的热稳定性显著增加;随着纳米Fe_(3)O_(4)添加量的增加,CNF/CS磁性气凝胶对亚甲基蓝染料吸附性能呈现先降低后增加的趋势,在相同的吸附条件下CNF/CS-1气凝胶对亚甲基蓝染料的吸附性能最优。

磁性气凝胶的研究进展

磁性气凝胶以其优异的性能受到越来越多的关注。目前,磁性气凝胶主要采用先将磁功能化材料分散到溶胶中,经凝胶、老化、超临界干燥等工艺制得。磁功能化材料主要是指具有磁性的纳米材料,其中应用最多的是铁酸类,尤其以超顺磁性Fe_3O_4的使用最为广泛。而磁性气凝胶的结构和性能因磁功能化纳米材料、气凝胶基体的不同而变化。无机磁性气凝胶的基体主要是氧化硅、氧化钛等气凝胶,主要研究磁性颗粒与气凝胶基体的相互作用机理,以及对材料的结构、性能的影响。而有机磁性气凝胶基体主要是石墨烯、碳等柔性气凝胶,主要应用在催化、吸附、生物分离等领域,具有磁性分离,以及使用效率、重复性能优异等特点。综述了上述磁性气凝胶的研究进展,介绍了磁性气凝胶材料常用的制备方法、性能以及应用前景。

纤维素/壳聚糖磁性气凝胶的冻融法制备及其对染料吸附性能

为开发一种高效可再生的磁性生物质基吸附剂,以微晶纤维素(MCC)和壳聚糖(CS)为凝胶网络框架、纳米Fe_(3)O_(4)为掺杂剂,通过悬浮液滴和冻融结合法制备MCC/CS磁性气凝胶。借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射等表征其微观形貌及化学结构,并探讨了对染料刚果红的去除效果。结果表明:在加入1.0 g纳米Fe_(3)O_(4)时,MCC/CS磁性气凝胶呈现片层堆积的网络多孔结构,纳米Fe_(3)O_(4)分散均匀,气凝胶磁响应性能良好;当pH=5.0,染料初始质量浓度为400 mg/L,MCC/CS磁性气凝胶质量浓度为0.5 g/L时,吸附效果最佳,吸附过程遵循准二级动力学方程和Langmuir等温模型,最大单分子层吸附容量为304 mg/g;经过5次循环后,对刚果红的吸附量仍能保持86.5%,表明MCC/CS磁性气凝胶可作为一种高效可再生的生物质基吸附剂用于印染废水处理。

三维石墨烯-碳纳米管磁性气凝胶的制备及其染料吸附性能

将ZnCl_(2)、NiCl_(2)·6H_(2)O、FeCl_(2)·4H_(2)O和FeCl_(3)·6H_(2)O分别加入氧化石墨烯和碳纳米管的悬浮液中,在碱性条件下共沉淀和水中与聚乙烯醇交联后,冷冻干燥制备气凝胶。制备的气凝胶由磁性Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)纳米粒子、氧化石墨烯、碳纳米管和聚乙烯醇组成,不仅具有吸附染料分子的活性位点,而且可通过外加磁场从水中分离。在最佳质量比下,制备的气凝胶对亚甲基蓝具有高的吸附容量(q_(e)=71.03 mg g^(-1))和中等磁性强度(M_(S)=3.519 emu g^(-1))。在染料浓度为0.025 mg mL^(-1)的条件下,气凝胶对亚甲基蓝、甲基橙、结晶紫及其相等质量的混合物的去除效率分别为70.1%、4.2%、8.9%和11.1%。该气凝胶重复使用3次后,再生效率仍超过82%。此外,它对生物体无毒,有望用作处理工业废水的吸附剂。

磁性硅气凝胶对水中结晶紫的吸附作用

目的利用磁性硅气凝胶吸附水中的结晶紫染料,研究其吸附行为。方法以自制的磁性硅气凝胶作为吸附剂吸附水中的结晶紫,磁铁移除吸附剂,采用紫外分光光度法测定吸附后水中残留结晶紫的含量并计算去除率。结果在中性条件下结晶紫的去除率可以达到90%以上;染料的吸附动力学符合拟二级动力学模型(R2=0.996);在298 k,pH=7的条件下,由Langmuir方程拟合的最大吸附量为172.2 mg·g^(-1);Frendlich方程和Temkin方程结果为优惠吸附,而且非均匀表面为主要吸附位点。从热力学角度看,吸附过程是自发进行的吸热反应;并且该材料可多次重复利用。结论磁性硅气凝胶吸附性能优良,具有快速分离和容易再生的优点,能够用于吸附废水中的结晶紫。

Fe_3O_4/RGO的制备及其对Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附研究

以氧化石墨烯(GO)和纳米Fe_3O_4为原料,制备磁性石墨烯气凝胶(Fe_3O_4/RGO),通过场发射扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪对Fe_3O_4/RGO进行表征,研究了Fe_3O_4/RGO对Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附特性,并使用等温吸附模型、吸附动力学模型、吸附热力学模型对吸附机理进行分析。结果表明,纳米Fe_3O_4成功负载在GO气凝胶表面,并能在外加磁场作用下实现快速磁分离。Fe_3O_4/RGO对重金属离子的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准2级吸附动力学模型,且反应为是吸热过程,能自发进行。Fe_3O_4/RGO在25℃、p H为6时的吸附容量分别为58.48、314.5、56.12 mg/g,Fe_3O_4/RGO对重金属吸附排序为Cu(Ⅱ)>Pb(Ⅱ)>Cd(Ⅱ)。