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              納米纖維素在處理廢水的應用
              中國紙業網造紙廠設備:2019-11-5 6:54:35 造紙機械|衛生紙機|銅版紙|瓦楞紙|處理廢水
                纖維素經酸解后可得到粒徑為納米級別的棒狀晶體——納米纖維素,它相比普通纖維素有諸多優點,如機械強度高、比表面積大、高的楊氏模量、有較強的親水性等,作為納米復合材料領域的增強劑應用于諸多領域。

              1 納米纖維素的種類

              根據其形態特征的不同,纖維素纖維可以在它們的無定形區沿軸橫向解離,形成納米級別的高結晶度的棒狀片段,又被稱為納米晶體纖維素(NCC);或者通過機械剪切,使纖維素纖維橫向分解為其子結構納米單元,產生納米原纖化纖維素(MFC);另外一種納米尺寸的材料可通過微生物進行生物合成,即我們熟知的細菌納米纖維素(BNC)。三者既有區別又有聯系,具體分類方法如表1所示。

              2 納米纖維素在處理廢水的應用

              納米纖維素具有很大的比表面積、高結晶度、高機械強度、高透明性等優良性能,可與其他天然高分子或人工合成材料復合,用作納米復合材料中的填料,以改善材料的機械和阻隔性能。

              最近的研究主要集中在完全生物基和生物可降解系統,“綠色生物材料”這一概念正是基于聚合物基質和填料都是生物可降解材料而提出的。納米纖維素材料巨大的表面積使其廣泛應用于污水處理領域,其豐富的表面羥基可以吸附水中的重金屬離子,且可通過接枝共聚等改性賦予其更多優異的性能。

              2.1 直接或改性后用作吸附劑

              目前的研究主要涉及其在重金屬及染料的吸附方面的應用。納米纖維素被認為是極具潛力的污水處理產品,它既具有基本纖維素特性,例如親水性、廣泛的官能化能力;也具有納米級粒徑的優異特征,例如大表面積,高縱橫比,量子尺寸效應以及化學可及性。

              對納米纖維素改性后用作吸附劑是另類創新性的研究,當在納米纖維素上進行琥珀酸酐改性后,能形成有效的、穩定的和可再循環的改性吸附劑。

              納米纖維素的羧化改性已廣泛應用于對有害污染物的吸附研究,特別是對重金屬離子的吸附。羧化用于強化COO-基團并使吸附劑有效地從水中吸收有毒金屬離子。研究指出NCC表面上的羧酸根基團的負電荷對鈾酰離子的吸附容量約為167mg/g,這比常規的吸附劑如蒙脫石、聚合物粒子等至少大2倍。

              2.2 納米纖維素基復合材料用作吸附劑

              基于生物可降解材料的新型功能材料用于污水凈化對可持續發展有重大意義,生物復合材料本身有很多優點如低密度、高韌性和高吸附能力,同時也是生物相容的、可生物降解的和環境友好的。納米復合材料/聚合物吸附劑由于其極高的去除效率和自發去除水污染物的特性而受到高度重視。

              目前已經研究了用于廢水處理的各種類型的基于纖維素的納米復合材料,例如磁性纖維素納米復合材料,纖維素半硅氧烷納米復合材料,纖維素粘土納米復合材料和纖維素聚合物納米復合材料。

              2.2.1 磁性纖維素納米復合材料

              最近研究的在納米纖維素復合材料中引入磁性粒子有希望成為新型的改性方法,磁性粒子在自然界中豐富,且纖維素材料被認為是磁鐵礦(Fe3O4Fe2O3)的理想分散材料。通過對聚合物施加外部磁場可以容易地產生磁性纖維素納米復合材料,因此他們已經引起越來越多的關注。

              活性炭(AC)浸漬的磁性纖維素可用于廢水中有機染料的去除。吸附氯堿污水中的Hg2+,這種新型復合材料通過多重吸附過程吸附Hg2+,其吸附容量為240mg/g,吸附過程起初為離子交換,然后是絡合機制。

              2.2.2 纖維素粘土納米復合材料

              現階段對粘土作為染料吸附劑已開展了相關的研究,蒙脫土(MMT)等粘土因具有較大的表面積和陽離子交換能力已被用作印染廢水的凈化,但它處理陰離子染料如剛果紅時卻達不到預期的效果。

              納米膨潤土接枝到納米纖維素基質上可用于處理重金屬廢水,用含有羧基的聚甲基丙烯酸接枝納米纖維素/膨潤土復合物來測定模擬核工業用水中Co2+離子的去除效果。試驗結果表明此吸附方法不僅適用于模擬廢水,對流出的實際核污染廢水同樣適用,其中負責從污水中攝取Co2+的主要為復合材料中的羧基

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