通过地聚合作用将埃洛石粘土纳米管填充于壳聚糖基质中制备的碳氢化合物去除吸附材料

《Advanced Materials Interfaces》：Adsorbent Materials for Hydrocarbons Removal by Geopolymerization of Halloysite Clay Nanotubes Filled Within Chitosan Matrix

　　

研究人员提出了一种通过碱性活化填充于壳聚糖基质中的埃洛石粘土纳米管来制备对脂肪族和芳香族碳氢化合物具有高吸附能力的杂化材料的方案。首先，通过水相浇铸法制备了组成可变的壳聚糖/埃洛石纳米复合膜。有趣的是，尽管埃洛石含量较大（≥30 wt.%），这些膜仍表现出致密性和坚固性，这由弹性模量和拉伸强度值证明，其范围分别为1635–4475 MPa和5.46–26.5 MPa。研究人员将壳聚糖/埃洛石膜的介观性质（热稳定性、润湿性和拉伸阻力）与其形貌相关联。然后，将壳聚糖/埃洛石膜浸泡在NaOH溶液中以实现粘土纳米管的碱性活化。热重分析以及FTIR/Raman光谱证明了它们成功转化为地聚物材料。最后，研究人员研究了壳聚糖/埃洛石（50:50）复合材料在地聚化前后对十二烷蒸气和分散在水中的苯酚的吸附能力。地聚化过程使十二烷和苯酚的碳氢化合物去除率分别提高了约220%和约50%。这项工作强调，壳聚糖/埃洛石复合膜可以很容易地转化为适用于气相和水相去污的多孔地聚物。

碳氢化合物污染是当前环境修复领域的重要挑战，开发兼具高效吸附性能与可持续性的吸附材料具有重要意义。埃洛石纳米管（halloysite nanotubes，HNTs，一种天然中空管状硅酸盐粘土矿物）因比表面积大、表面化学可调及环境友好等特性，已被广泛应用于污染物吸附。地聚合物（geopolymer，由硅氧四面体（SiO₄）和铝氧四面体（AlO₄）通过氧桥连接形成的三维网络无机材料）可由粘土经碱性活化制得，并具有多孔结构和良好的热稳定性。壳聚糖（chitosan，甲壳素脱乙酰化得到的阳离子多糖）具有生物相容性和碱性不溶性，适合作为地聚化前驱体的聚合物基质。然而，已有研究多采用壳聚糖含量远高于HNTs的低填充体系，对于高含量HNTs（≥30 wt.%）填充膜的地聚化转化及其吸附性能研究尚不充分。基于此，研究人员制备了不同组成的壳聚糖/HNTs复合膜，并通过碱液浸泡将其转化为多孔地聚物，系统考察了地聚化前后材料对气相十二烷和水相苯酚的去除能力。

研究人员首先采用水相浇铸法制备了HNTs质量分数为30%~80%的壳聚糖/HNTs纳米复合膜，然后将膜浸入NaOH溶液（12 mol L^?1）中2小时完成地聚化。采用扫描电子显微镜（SEM）观察形貌，热重分析（TGA）和差热重分析（DTG）评价热稳定性及地聚化效果，动态力学分析（DMA）测定拉伸性能，水接触角实验评估润湿性，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱验证