利用铁尾矿资源制备磁性纳米纤维素材料对Pb(Ⅱ)的吸附去除

为探索固废资源的高值化应用,利用铁尾矿合成磁性Fe_(3)O_(4),并通过与氨基酸离子液体和纤维素的交联,制备磁性纤维素纳米材料Fe3O4@Cellulose/AAILs,用于吸附去除重金属Pb^(2+)。应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、振动样品磁强计(VSM)、X射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对材料微观结构进行了表征,运用Box-Behnken响应曲面法研究了吸附过程的影响因素。FTIR和XRD分析表明,氨基酸的氨基和羧基修饰改性纤维素结构。选择Pb^(2+)去除率作为响应,考察了溶液的初始pH、吸附温度及吸附剂投加量之间的相互作用。结果表明:在25℃、pH值=7和吸附剂投加量为0.2 g时,Pb^(2+)去除率可达98.296%。材料的吸附行为符合Langmiur吸附等温模型、伪二级动力学模型。XPS分析进一步揭示了其对Pb^(2+)的吸附机理,主要包括表面物理吸附、离子交换、官能团络合、静电吸引等。Fe_(3)O_(4)@Cellulose/AAILs可以作为一种高效、快速的吸附剂用于去除水体中Pb2+。

磁性纤维素纳米晶的制备、表征及其吸附Pb^(2+)性能研究

采用静电自组装法制备了磁性纤维素纳米晶(MCNCs),使用Zeta电位测定仪、X射线衍射、综合物性测量系统等测试对MCNCs的形成机制、表面形貌、结构和磁性能进行表征,进一步研究了MCNCs对Pb^(2+)的吸附,探讨了溶液pH和Pb^(2+)初始浓度对其吸附性能的影响。结果表明,纤维素纳米晶(CNCs)与聚乙烯亚胺(PEI)修饰后带正电的Fe_3O_4纳米粒子(PEI-Fe_3O_4)之间的静电吸附是MCNCs形成的主要作用力,10~20nm的PEI-Fe_3O_4分散在CNCs表面,晶型结构没有改变,但两者的相互作用显著提高了MCNCs的热稳定性。MCNCs的饱和磁化强度达到30.9emu/g,可有效实现磁性分离。在pH=5.9,Pb^(2+)初始浓度大于600mg/L的条件下,对Pb^(2+)的最大吸附量可达103.7mg/g,吸附平衡时间为90min,拟一、二级动力学模型均能较好的拟合Pb^(2+)的吸附动力学数据,吸附由表面反应过程和非吸附质扩散过程控制,表面反应过程起主导作用。

磁性纤维素纳米晶体与水溶性聚合物间相互作用分析及其乳化特性探究

以纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystal,CNC)为生物基模板合成磁性纤维素纳米晶体(magnetic cellulose nanocrystal,MCNC),通过石英晶体微天平探究其与不同的水溶性聚合物的相互作用,研究不同乳化体系用于稳定Pickering乳液的特性差异并揭示其稳定机理。结果显示,甲基纤维素(methylcellulose,MC)可吸附于MCNC表面,降低乳化体系的油-水界面张力,提高乳液体系的黏度,使乳液具有良好的存储稳定性。而羟丙基甲基纤维素(hydroxypropyl methylcellulose,HPMC)在MCNC表面的吸附则相对微弱。冷冻扫描电镜观察发现,单独MCNC棒状纳米粒子堆积于乳液液滴表面,而MCNC/MC复合物则连接于液滴之间形成了“神经元状”网络,表明由MCNC单独或MCNC/MC协同稳定的乳液符合固体颗粒界面膜理论和三维黏弹粒子网络机理,而MCNC/HPMC协同稳定的乳液中仅能观察到凸起的HPMC分子,在液滴表面难以观察到棒状MCNC,因此推测MCNC、HPMC在油-水界面的吸附可能为竞争性的。