西南林大杜官本院士、张莲鹏教授等 CEJ：生物质多胺功能化纳米纤维素负载共价有机骨架构建复合气凝胶高效去除Cr（VI）和甲基橙

2024-03-14 来源：高分子科技

工业废水的污染问题日益凸显，特别是重金属和有机染料的污染。其中，六价铬（Cr（Ⅵ））作为一种毒性极强的重金属，可通过水体传播，影响生物链并对人类健康造成极大危害，如肝肾损伤，腹泻，皮肤炎症和胃癌等。甲基橙（MO），作为一种合成有机染料，在纺织、印染、化妆品和皮革中的使用量巨大，其不易降解的特性使其成为水体污染的重要来源。MO对阳光和水中氧气的扩散有很强的作用，这会破坏水生动植物生态系统。它们在工业废水中的广泛存在对环境和公共健康构成了严重威胁。因此，构建新型生物质基吸附剂对去除废水中的重金属离子和有机染料是至关重要的。

近期，西南林业大学杜官本院士、张莲鹏教授、嘉兴大学林燕飞博士等合成了一种新型的生物质多胺，通过交联纳米纤维素并负载共价有机骨架（BT-Dg），制备了一种新型纤维素基杂化气凝胶（TDB），该气凝胶显示出对Cr (Ⅵ)和甲基橙（MO）的高效去除能力。在最佳的条件下，杂化气凝胶对Cr (Ⅵ)的吸附量可达470.67 mg/g；对MO的吸附量高达488.22 mg/g。相关研究成果近期以“Biomass polyamine-functionalized nanocellulose loaded covalent organic framework to construct composite aerogels for highly efficient removal of Cr (VI) and methyl orange”为题，发表在化工领域著名期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院一区TOP，IF=15.1 ）上。该工作为国家和云南省竹木资源的高值化开发利用提供了新思路与新途径。

图1 新型生物质多胺的合成

图2 杂化气凝胶TDB的制备流程

该论文进一步讨论了电解质离子、阴离子以及不同水质对杂化气凝胶（TDB）吸附性能的影响，比较了该气凝胶在一元系统的吸附性能和二元系统中的吸附性能，测定了该杂化气凝胶的可再生性。结果表明，制备的杂化气凝胶具有超低密度、超轻、高吸附性能等优点。

图3 杂化气凝胶立在勒杜鹃叶子上的数码照片（a）；电解质离子强度的影响（b）；阴离子的影响（c）；不同水质的影响（d）；二元系统Cr（Ⅵ）和MO吸附能力与一元系统Cr（Ⅵ）或MO的吸附能力的比较（e）；吸附-解吸循环（f）。

图4 杂化气凝胶吸附Cr (Ⅵ)和MO前后的XPS（a）；杂化气凝胶的吸附机理（b）

论文的通讯作者为西南林业大学的杜官本院士、张莲鹏教授和嘉兴大学的林燕飞博士。第一作者为西南林业大学材料与化学工程学院2021级硕士研究生赵佳鑫。其他作者包括材料与化学工程学院本科生杨欣洁、杨药红，博士研究生刘砾以及学院解林坤教授、柴希娟教授和徐开蒙教授。

该研究成果得到了国家自然科学基金（22161043）、云南省基础研究项目（202301BD070001-239, 202201AU070071和202201AT070453）、云南省高层次人才引进计划项目（YNQR-QNRC-2019-065）、云南省木材胶粘剂及胶合制品重点实验室、高等学校学科创新引智基地等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150282

西南林业大学张莲鹏教授团队近年来致力于生物质基胶黏剂，生物质基荧光材料以及生物质吸附/降解材料的基础研究和应用开发工作。目前为止已经在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期刊发表学术论文60余篇，授权中国发明专利19项。近三年培养了3名硕士研究生获得国家奖学金和云南省优秀毕业生，1名硕士研究生获得云南省级奖学金和西南林业大学校级优秀毕业生。

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（责任编辑：xu）

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