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        纳米纤维素在处理废水的应用
        中国纸业网造纸厂设备:2019-11-5 6:54:35 造纸机械|卫生纸机|铜版纸|瓦楞纸|处理废水
          纤维素经酸解后可得到粒径为纳米级别的棒状晶体——纳米纤维素,它相比普通纤维素有诸多优点,如机械强度高、比表面积大、高的杨氏模量、有较强的亲水性等,作为纳米复合材料领域的增强剂应用于诸多领域。

        1 纳米纤维素的种类

        根据其形态特征的不同,纤维素纤维可以在它们的无定形区沿轴横向解离,形成纳米级别的高结晶度的棒状片段,又被称为纳米晶体纤维素(NCC);或者通过机械剪切,使纤维素纤维横向分解为其子结构纳米单元,产生纳米原纤化纤维素(MFC);另外一种纳米尺寸的材料可通过微生物进行生物合成,即我们熟知的细菌纳米纤维素(BNC)。三者既有区别又有联系,具体分类方法如表1所示。

        2 纳米纤维素在处理废水的应用

        纳米纤维素具有很大的比表面积、高结晶度、高机械强度、高透明性等优良性能,可与其他天然高分子或人工合成材料复合,用作纳米复合材料中的填料,以改善材料的机械和阻隔性能。

        最近的研究主要集中在完全生物基和生物可降解系统,“绿色生物材料”这一概念正是基于聚合物基质和填料都是生物可降解材料而提出的。纳米纤维素材料巨大的表面积使其广泛应用于污水处理领域,其丰富的表面羟基可以吸附水中的重金属离子,且可通过接枝共聚等改性赋予其更多优异的性能。

        2.1 直接或改性后用作吸附剂

        目前的研究主要涉及其在重金属及染料的吸附方面的应用。纳米纤维素被认为是极具潜力的污水处理产品,它既具有基本纤维素特性,例如亲水性、广泛的官能化能力;也具有纳米级粒径的优异特征,例如大表面积,高纵横比,量子尺寸效应以及化学可及性。

        对纳米纤维素改性后用作吸附剂是另类创新性的研究,当在纳米纤维素上进行琥珀酸酐改性后,能形成有效的、稳定的和可再循环的改性吸附剂。

        纳米纤维素的羧化改性已广泛应用于对有害污染物的吸附研究,特别是对重金属离子的吸附。羧化用于强化COO-基团并使吸附剂有效地从水中吸收有毒金属离子。研究指出NCC表面上的羧酸根基团的负电荷对铀酰离子的吸附容量约为167mg/g,这比常规的吸附剂如蒙脱石、聚合物粒子等至少大2倍。

        2.2 纳米纤维素基复合材料用作吸附剂

        基于生物可降解材料的新型功能材料用于污水净化对可持续发展有重大意义,生物复合材料本身有很多优点如低密度、高韧性和高吸附能力,同时也是生物相容的、可生物降解的和环境友好的。纳米复合材料/聚合物吸附剂由于其极高的去除效率和自发去除水污染物的特性而受到高度重视。

        目前已经研究了用于废水处理的各种类型的基于纤维素的纳米复合材料,例如磁性纤维素纳米复合材料,纤维素半硅氧烷纳米复合材料,纤维素粘土纳米复合材料和纤维素聚合物纳米复合材料。

        2.2.1 磁性纤维素纳米复合材料

        最近研究的在纳米纤维素复合材料中引入磁性粒子有希望成为新型的改性方法,磁性粒子在自然界中丰富,且纤维素材料被认为是磁铁矿(Fe3O4Fe2O3)的理想分散材料。通过对聚合物施加外部磁场可以容易地产生磁性纤维素纳米复合材料,因此他们已经引起越来越多的关注。

        活性炭(AC)浸渍的磁性纤维素可用于废水中有机染料的去除。吸附氯碱污水中的Hg2+,这种新型复合材料通过多重吸附过程吸附Hg2+,其吸附容量为240mg/g,吸附过程起初为离子交换,然后是络合机制。

        2.2.2 纤维素粘土纳米复合材料

        现阶段对粘土作为染料吸附剂已开展了相关的研究,蒙脱土(MMT)等粘土因具有较大的表面积和阳离子交换能力已被用作印染废水的净化,但它处理阴离子染料如刚果红时却达不到预期的效果。

        纳米膨润土接枝到纳米纤维素基质上可用于处理重金属废水,用含有羧基的聚甲基丙烯酸接枝纳米纤维素/膨润土复合物来测定模拟核工业用水中Co2+离子的去除效果。试验结果表明此吸附方法不仅适用于模拟废水,对流出的实际核污染废水同样适用,其中负责从污水中摄取Co2+的主要为复合材料中的羧基

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