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上海保圣流變儀助力閩南師范大張林宇教授團隊發(fā)表羧甲基纖維素和水溶性殼聚糖水凝膠合成的文章
發(fā)布時間:2024/10/10 瀏覽:

1.研究背景

 

在紡織業(yè)蓬勃發(fā)展的背景下,印染部門是一個關(guān)鍵但又具有環(huán)境挑戰(zhàn)性的部門,同時產(chǎn)生大量的經(jīng)濟價值并造成環(huán)境退化。來自該工業(yè)的廢水被大量染料嚴重污染,對水生生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成嚴重威脅,尤其是在未經(jīng)處理或管理不當?shù)那闆r下。為了應(yīng)對這一困境,各種補救策略包括物理、化學(xué)并且已經(jīng)探索了生物學(xué)方法。吸附法由于其簡單程序、可負擔性以及在以下方面的卓越效率,因此,開發(fā)新的、高效的、成本有效的和環(huán)境可持續(xù)的吸附材料是必要的。

 

閩南師范大學(xué)張林宇教授團隊在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊(IF=7.7)上發(fā)表了題目為“Hydrogels  comprising  oxidized  carboxymethyl  cellulose  and  water-soluble chitosan  at  varied  oxidation  levels:  Synthesis,  characterization,  and adsorptive  toward  methylene  blue”的文章(DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.134351),文章探索了對亞甲基藍的吸附性能研究。水凝膠具有復(fù)雜的三維聚合物網(wǎng)絡(luò),在保水性和生物相容性方面表現(xiàn)出色,使其成為環(huán)境清潔應(yīng)用的理想候選者。

 

文章中測量水凝膠的流變特性的儀器就是我們上海保圣的RH-20流變儀,那么具體操作方法是什么呢?

 

2.研究方法

水凝膠的流變性能測試

通過振蕩流變儀研究了WSC/42%OCMC、WSC/56%OCMC和WSC/66%OCMC水凝膠的流變特性。圖中示出了當恒定應(yīng)變振幅為5%且溫度為25℃時的頻率掃描結(jié)果。在低頻范圍內(nèi),儲能模量(G′)超過損耗模量(G″)。表明在水凝膠中主要是彈性行為。該發(fā)現(xiàn)表明水凝膠具有強分子間相互作用的結(jié)構(gòu)良好的網(wǎng)絡(luò),導(dǎo)致主要的彈性響應(yīng)。然而,當頻率接近大約8Hz時,(G′)超過(G″),表明向更具粘性的行為轉(zhuǎn)變。這種粘彈性的變化是由于水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在較高頻率下的破壞,這導(dǎo)致降低的彈性和增加的粘性耗散。隨著頻率的增加,所有三種水凝膠的(G′)逐漸下降,而(G″)上升。該觀察證實了水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重排和交聯(lián)點的破壞,導(dǎo)致彈性降低和粘度增加。在圖中示出了在8Hz的頻率和5%的恒定應(yīng)變振幅下的溫度掃描的結(jié)果。在整個溫度范圍內(nèi)(25–80?C)對于所有三種水凝膠,(G′)保持高于(G″),確認其主要的彈性性質(zhì),并將其表征為理想的膠體凝膠。隨著溫度的升高,觀察到(G′)略有增加,這可歸因于增強的分子運動促進了內(nèi)部結(jié)構(gòu)重排,緊湊有序結(jié)構(gòu)。相反,隨著溫度的增加,觀察到(G′)略微降低,這可能是由于形成了更有序和穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu),減少了變形過程中的能量耗散。比較三種水凝膠的流變性能,可以明顯看出,隨著OCMC氧化程度的增加,(G′)略有下降。這種趨勢可以用交聯(lián)密度隨OCMC氧化程度的增加而增加來解釋,這增強了水凝膠的硬度但降低了其彈性。增加的交聯(lián)密度限制了聚合物鏈的流動性,導(dǎo)致更剛性的結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出降低的彈性。這一觀察結(jié)果與TPA得出的結(jié)果一致,進一步證實了OCMC的氧化程度對水凝膠機械性能的影響。

WSC/OCMC水凝膠的流變性能

 

3.結(jié)論

在本研究中,使用水成功地合成了水凝膠。

可溶性殼聚糖(WSC)和氧化羧甲基纖維素(OCMC)通過凍融法進行不同程度的氧化。隨著OCMC氧化程度的提高,更多的羥基被氧化為醛基,促進WSC和OCMC之間的分子間相互作用。這導(dǎo)致具有較大孔的水凝膠結(jié)構(gòu),這有助于改善機械性能。結(jié)構(gòu)表征證實了WSC、OCMC和水凝膠的成功合成。SEM分析顯示水凝膠具有相互連通的多孔結(jié)構(gòu),氧化程度越高,凝膠網(wǎng)絡(luò)越致密。TGA分析表明,WSC的水溶性增強導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性略有下降。同時,醛基的引入也降低了OCMC的熱穩(wěn)定性。然而,不同氧化程度的OCMC并沒有顯著改變OCMC的總體熱分解行為

水凝膠溶脹測試顯示較高氧化水平的OCMC提高了水凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的交聯(lián)密度,從而阻礙水分子滲透并隨后降低溶脹能力。力學(xué)性能測試表明,隨著OCMC氧化程度的增加,水凝膠中交聯(lián)點的數(shù)量增加,導(dǎo)致聚合物鏈之間更緊密的結(jié)合,從而增強了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的剛性,硬度從3.01 N至6.16 N。流變表征進一步證實,這些水凝膠主要是彈性的,并表現(xiàn)出理想的膠體凝膠行為。此外,吸附試驗表明,WSC/66%OCMC水凝膠對亞甲基藍的吸附量為28.08mg/G。吸附動力學(xué)符合化學(xué)吸附為主的過程,符合準二級動力學(xué)模型。吸附等溫線遵循多層吸附模式,符合Freundlich吸附等溫式。

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