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上海保圣流變儀助力閩南師范大張林宇教授團(tuán)隊(duì)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(shí)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(mén)是一個(gè)關(guān)鍵但又具有環(huán)境挑戰(zhàn)性的部門(mén),同時(shí)產(chǎn)生大量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值并造成環(huán)境退化。來(lái)自該工業(yè)的廢水被大量染料嚴(yán)重污染,對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅,尤其是在未經(jīng)處理或管理不當(dāng)?shù)那闆r下。為了應(yīng)對(duì)這一困境,各種補(bǔ)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(jiǎn)單程序、可負(fù)擔(dān)性以及在以下方面的卓越效率,因此,開(kāi)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(tuán)隊(duì)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(duì)亞甲基藍(lán)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(cè)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(cè)試

通過(guò)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(dāng)恒定應(yīng)變振幅為5%且溫度為25℃時(shí)的頻率掃描結(jié)果。在低頻范圍內(nèi),儲(chǔ)能模量(G′)超過(guò)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(qiáng)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(dāng)頻率接近大約8Hz時(shí),(G′)超過(guò)(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(shí)了水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重排和交聯(lián)點(diǎn)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(gè)溫度范圍內(nèi)(25–80?C)對(duì)于所有三種水凝膠,(G′)保持高于(G″),確認(rèn)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(qiáng)的分子運(yùn)動(dòng)促進(jìn)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(guò)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(shì)可以用交聯(lián)密度隨OCMC氧化程度的增加而增加來(lái)解釋?zhuān)@增強(qiáng)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(dòng)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(jìn)一步證實(shí)了OCMC的氧化程度對(duì)水凝膠機(jī)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(guò)凍融法進(jìn)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(jìn)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(jī)械性能。結(jié)構(gòu)表征證實(shí)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(qiáng)導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性略有下降。同時(shí),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(méi)有顯著改變OCMC的總體熱分解行為

水凝膠溶脹測(cè)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(cè)試表明,隨著OCMC氧化程度的增加,水凝膠中交聯(lián)點(diǎn)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(qiáng)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(jìn)一步證實(shí),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(yàn)表明,WSC/66%OCMC水凝膠對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量為28.08mg/G。吸附動(dòng)力學(xué)符合化學(xué)吸附為主的過(guò)程,符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)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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