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西南林大杜官本院士、張蓮鵬教授等 CEJ：生物質多胺功能化納米纖維素負載共價有機骨架構建復合氣凝膠高效去除Cr（VI）和甲基橙

2024-03-14 來源：高分子科技

工業廢水的污染問題日益凸顯，特別是重金屬和有機染料的污染。其中，六價鉻（Cr（Ⅵ））作為一種毒性極強的重金屬，可通過水體傳播，影響生物鏈并對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對陽光和水中氧氣的擴散有很強的作用，這會破壞水生動植物生態系統。它們在工業廢水中的廣泛存在對環境和公共健康構成了嚴重威脅。因此，構建新型生物質基吸附劑對去除廢水中的重金屬離子和有機染料是至關重要的。

近期，西南林業大學杜官本院士、張蓮鵬教授、嘉興大學林燕飛博士等合成了一種新型的生物質多胺，通過交聯納米纖維素并負載共價有機骨架（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Cr (Ⅵ)的吸附量可達470.67 mg/g；對MO的吸附量高達488.22 mg/g。相關研究成果近期以“Biomass polyamine-functionalized nanocellulose loaded covalent organic framework to construct composite aerogels for highly efficient removal of Cr (VI) and methyl orange”為題，發表在化工領域著名期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院一區TOP，IF=15.1 ）上。該工作為國家和云南省竹木資源的高值化開發利用提供了新思路與新途徑。

圖1 新型生物質多胺的合成

圖2 雜化氣凝膠TDB的制備流程

該論文進一步討論了電解質離子、陰離子以及不同水質對雜化氣凝膠（TDB）吸附性能的影響，比較了該氣凝膠在一元系統的吸附性能和二元系統中的吸附性能，測定了該雜化氣凝膠的可再生性。結果表明，制備的雜化氣凝膠具有超低密度、超輕、高吸附性能等優點。

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

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

該研究成果得到了國家自然科學基金（22161043）、云南省基礎研究項目（202301BD070001-239, 202201AU070071和202201AT070453）、云南省高層次人才引進計劃項目（YNQR-QNRC-2019-065）、云南省木材膠粘劑及膠合制品重點實驗室、高等學校學科創新引智基地等項目的資助。

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

西南林業大學張蓮鵬教授團隊近年來致力于生物質基膠黏劑，生物質基熒光材料以及生物質吸附/降解材料的基礎研究和應用開發工作。目前為止已經在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期刊發表學術論文60余篇，授權中國發明專利19項。近三年培養了3名碩士研究生獲得國家獎學金和云南省優秀畢業生，1名碩士研究生獲得云南省級獎學金和西南林業大學校級優秀畢業生。

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（責任編輯：xu）

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