最近，研究人员成功开发了一种创新的纳米纤维素水凝胶珠，该材料在高效去除污水中的重金属离子方面具有重要应用潜力。本文将为您深入解析该研究的各个方面，涵盖其主要内容。重金属离子是常见的污染物之一，对环境和人类健康构成严重威胁。传统的去除方法存在成本高、处理效果有限等问题。因此，寻找一种高效可持续的污水处理技术显得尤为重要。

纤维素是一种常见的生物质材料，具有丰富、易于修改、可生物降解、可再生、质轻和低成本等优点。最近的研究表明，通过制备纳米纤维素水凝胶，可以有效去除废水中的重金属离子。然而，迄今为止报道的纳米纤维素水凝胶通常具有吸附性能差和机械稳定性差的问题，限制了其在工业应用中的使用。

如今，研究人员通过开发一种新型的核壳结构纤维素纳米纤维素（CMCNF）/海藻酸钠（SA）水凝胶球（CAbs），成功解决了这个问题。在这项研究中，研究人员通过融合纤维素材料和纳米技术，成功研制出一种新型纳米纤维素水凝胶珠，为重金属离子的高效去除提供了全新的解决方案。这种水凝胶珠的Cu(II)去除能力高达221 mg/g，与普通纳米纤维素和其他重金属吸附剂相比具有显著优势。

这种纳米纤维素水凝胶球采用核壳结构设计，核部分采用海藻酸钠制备，而外层则由羧甲基纤维素纳米纤维组成。通过静电作用和氢键作用，纳米纤维素成功吸附在海藻酸钠水凝胶球的表面，形成了具有优异机械稳定性的纤维素纳米水凝胶球。纤维素纳米水凝胶球具有良好的弹性，其抗压最大承受力为4.0 N，在经过100次25%形变循环后依然保持良好的形态。

研究人员通过详细探究纳米纤维素水凝胶球的形成机理和铜离子去除机制，为这种新型材料的应用奠定了基础。首先，纳米纤维素水凝胶球具有大量羟基、羧基等官能团，这些官能团能够与铜离子之间形成相互作用，游离的羧基对铜离子产生静电吸附作用。其次，纳米纤维素在水凝胶珠表面形成的网络结构提供了大量的吸附位点，使得大量的铜离子可以在表面和内部都能被有效吸附，并和水凝胶球内部的钠离子进行离子交换，形成络合作用固定铜离子。此外，纳米纤维素水凝胶珠还具有良好的离子交换性能，水凝胶珠中的钙离子也可以与铜离子发生离子交换反应，进一步增强去除效果。

在此基础之上，研究人员展示了这种水凝胶球在处理低浓度铜离子的饮用水中的潜在应用，使用了自制的柱吸附实验装置进行实验。结果表明，纳米纤维素水凝胶球可以高效地去除水中的铜离子，100 mg/L的含铜废水经循环处理后其铜离子浓度降低至0.16 mg/L，达到了国家饮用水的标准（＜0.5 mg/L）。同时纳米纤维素水凝胶球还具有良好的储存稳定性和干燥回复能力，纳米纤维素水凝胶球在密封状态下储存6个月后仍保持其原始结构，干燥后的纳米纤维素水凝胶球在水中浸泡5分钟即可恢复其原始结构。

综上所述，这项研究通过将纤维素本身的优良性质与其纳米结构具有的独特特性相结合，开发了一种可持续、高效的纳米纤维素水凝胶球，用于重金属废水处理具有重要意义。纤维素在环境保护和水资源管理领域的应用前景将更加广阔。

原文出处：

Chen, Qin Famei, Fang , et al. core-shell / beads Cu(II) [J]. of ules. 2022, 222: 1353-1363.

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