氧化石墨烯/氢氧化镁/羧甲基纤维素生物聚合物薄膜增强Cr(III)吸附-沉淀协同作用研究

《International Journal of Biological Macromolecules》：Synthesis of graphene oxide/magnesium hydroxide/carboxymethyl cellulose biopolymeric thin films for enhanced adsorption-precipitation of Cr(III)

本综述重点介绍了GO/Mg(OH)2/CMC（氧化石墨烯/氢氧化镁/羧甲基纤维素）三元复合水凝胶薄膜的制备及其对Cr(III)的协同吸附-沉淀机制。该材料通过静电吸引、π-π阳离子相互作用和化学络合（GO/CMC）与碱性沉淀（Mg(OH)2）的多功能协同，实现了301.6 mg/g的高吸附容量和六次循环的稳定再生性（效率保持84%），为制革废水重金属回收提供了易分离、高效的一体化解决方案。

　　

Highlight

材料与表征

高粘度羧甲基纤维素钠盐（粘度：2096 mPa·s，取代度：0.79，钠含量：8.1%，产品编号217274，批号D00014484，CAS 9004-32-4）购自CALBIOCHEM（隶属于德国达姆施塔特Merck KGaA公司）。六水合氯化镁（MgCl₂·6H₂O）由德国Calbiochem有限公司提供。六水合氯化铬（CrCl₃·6H₂O）盐为采购产品。石墨粉、H₂O₂、KMnO₄和H₂SO₄购自Merck和Sigma-Aldrich。制革废水样品采集自沙特阿拉伯吉达的一家当地制革厂。

薄膜制备与初步吸附研究

合成稳定且功能化的CMC基薄膜是这项工作的主要目标。多项文献报道指出，柠檬酸（CA）是制备高度稳定多糖的最佳环保交联剂之一。将CMC与CA在140°C下固化是通过形成环状酸酐中间体并酯化CMC上的羟基来构建交联网络的关键步骤。随后，生成新的R-COOH（羧基）单元，并与邻近的CMC链进一步交联。

结论

这项工作报告了用于清除Cr(III)的生物聚合物薄膜的简便合成。与CMC、Mg(OH)₂/CMC和GO/CMC薄膜相比，采用3% CMC、GO和Mg(OH)₂制备的薄膜（GO/Mg(OH)₂/CMC-3）显示出最高的Cr(III)清除能力。这种增强的性能归因于薄膜表面与Cr(III)离子之间发生的多功能协同吸附-沉淀反应。三元GO/Mg(OH)₂/CMC水凝胶薄膜表现出更高的吸附容量和沉淀效率，特别是在pH 9.0条件下，约98%的Cr(OH)₃沉淀形成。动力学和等温线分析表明，Elovich动力学模型和Redlich-Peterson等温线模型能有效描述该过程。该薄膜易于从水溶液中分离，并在六次吸附-解吸循环后仍保持高活性，展现了其在重金属废水处理中的应用潜力。