纤维素-聚乙烯亚胺复合水凝胶与新兴污染物的相互作用机制及其在废水处理中的应用

【编辑推荐】本研究通过自组装机制开发了无需化学交联剂的TEMPO氧化纤维素纳米纤维（TCNF）/聚乙烯亚胺（PEI）复合水凝胶，实现了甲基蓝染料（88.3%）和Cu2+（72.6%）的高效去除。创新性揭示了pH依赖的吸附-沉淀双机制（静电吸引/氢键 vs. 配位作用），为可持续水处理技术提供新思路。

　　

Highlight

纤维素-聚乙烯亚胺（PEI）复合水凝胶通过阳离子螯合与物理吸附自组装形成，无需传统化学交联剂，成功实现甲基蓝染料和Cu²⁺的高效去除。

Materials

• 纤维素纳米纤维（CNF）源自大豆壳机械处理

• 聚乙烯亚胺（PEI，支链型，分子量25,000 g/mol）购自Sigma-Aldrich

• TEMPO氧化试剂与甲基蓝（MB）染料由VWR提供

TEMPO氧化CNF

采用前期研究方法：5 g CNF与0.08 g TEMPO（0.1 mmol/g CNF）、0.5 g NaBr在pH 10缓冲液中反应，NaClO氧化后洗涤至中性。

Adsorption and precipitation phenomena of methyl blue dyes on a function of pH

TCNF水凝胶对甲基蓝的去除率仅14.4%，而TCNF/PEI水凝胶在pH 4.7时吸附率达88.3%，pH 2.7时更引发快速沉淀（6小时去除91.5%）。FTIR/XRD证实沉淀过程未破坏染料结构，有望实现染料回收。Cu²⁺仅在pH 4-8通过吸附去除（最高72.6%，pH 8）。

Conclusions

该水凝胶通过静电吸引/氢键（甲基蓝）和配位作用（Cu²⁺）实现污染物去除，其pH响应特性为工业废水处理提供绿色解决方案。