«——【·摘要·】——»
基于纳米颗粒的介孔复合材料，由水凝胶壳聚糖珠中支持的硅酸盐 - 钛酸酯纳米管组成， 并研究了Cd的2+吸附，通过使用傅里叶变换红外光谱。
透射和扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱仪耦合，我们可以确定空心S*NTT**s高度分散在空心珠壁中。分散归因于制备复合材料时pH的影响，我们观察到S*NTT**s和壳聚糖之间没有相互作用。
镉的吸附研究2+显示动力学速率增加了3倍，扩散速率在嵌入后增加了2倍，S*NTT**s-Ch磁珠的最大吸附容量是单独使用S*NTT**s的2.3倍。合成镉的治疗2+溶液和实际渗滤液在连续模式下显示出两个阶段， 其中观察到过渡金属离子的去除部分较高和过渡后金属离子Pb2+。
与去除的碱和碱土金属离子.该复合材料在吸附Cd时成功重复使用了4次2+，节省三倍于所需量的 TiO2， SiO2和壳聚糖用于生产材料。这种复合材料以简单的方式生产，显示出废水处理的潜力。
«——【·简介·】——»
被镉可对生物体造成不利影响，需要治疗。吸附是一种处理技术，操作简单，成本效益高，工艺无污泥.理想的吸附剂应具有对目标离子的强亲和力， 大表面积，可重复使用的潜力，并且在经济上可行.
通过从纳米颗粒制备吸附剂，可以解决吸附剂的许多所需特性：纳米级可以提供较大的表面积。在用于重金属吸附的NPs中，文献报道了用于吸附的钛基NP的使用，例如Pb2+、镉2+铜2+铬3+和倪2+硅基NPs和功能化形式用于吸附Pb2+、镉2+和公司2+.
为了满足经济上可行的工艺，*NTT**s以前已经再生和再利用.然而，裸NPs不容易应用于水处理，因为处理需要必要的固液分离步骤以避免NPs流失到水中 .NP的另一个众所周知的缺点是聚合，这使得NP的应用仍然有限。
上述挑战导致了不同类型的复合材料的发展，其中NPs嵌入或涂覆到其他材料上，例如壳聚糖.壳聚糖基复合材料的物理化学性质取决于所涉及的组分的相互作用，并且可以进一步定义壳聚糖壳中NP的分布.
对于壳聚糖针铁矿生物纳米复合材料，铁的分布被证明在壳聚糖珠内具有血管性质，这导致珠子边缘的砷物质浓度较高，向中心浓度降低，这一过程由扩散控制.鉴于复合材料组合的数量可能非常高， 因此必须针对每种情况研究内部NP的结果分布。
为了应用吸附剂作为处理选择，需要考虑水的复杂性以及基质对处理的挑战，用于处理渗滤液等废水，吸附剂必须针对广泛的有毒金属离子，例如Cd，2+铜2+铅2+并且对无毒离子的吸附性差++2+和钙2+，其浓度高于有毒离子。
在这项研究中，我们生产了一种由钛 - 硅纳米管和壳聚糖制成的复合材料，它们以水凝胶珠的形式生产。 通过傅里叶变换红外光谱、透射电子显微镜和扫描电子显微镜等与能量X射线色散光谱仪耦合。
进一步研究了复合材料的晶相和织构性质以及两种组分的相互作用。该复合材料用于镉2+在间歇溶液中吸附，并使用填充柱处理真正的渗滤液，我们研究了复合材料的回收和再利用，同时评估了在此过程中节省的消耗化学品量。
«——【·材料和方法·】——»
钛*粉白**纳米粉，二氧化硅粉末 ， 氯化镉， 六水合氯化镍，硝酸铅，氢氧化钠颗粒和盐酸是从瑞典Sigma Aldrich购买的。壳聚糖购自德国Heppe Medical Chitosan GmbH。Cd储备标准溶液和磷酸铵购自瑞典分析标准品公司。
膜过滤去离子水从密理孔系统，并将表示为超纯水，2014年1月，从瑞典南部特瑞堡的一个厌氧消化池获得了厌氧酸消化海藻的真正渗滤液。渗滤液的组成见补充资料的表S。
钛酸酯纳米管以前是通过碱性水热处理TiO获得的2粉末.该过程涉及溶解 2 M 的 TiO2在特氟龙反应容器中的10M NaOH中加热至150°C并保持恒温48小时。反应结束后，用超纯水反复洗涤粉末，直到滤液达到中性pH值。
在这项工作中，我们在玻璃气密反应容器中进行反应，反应后在其上观察到不透明的表面 ，我们确认了产品中存在硅;可能是由于二氧化硅从耐热玻璃容器中溶解所致。Ti与Si的摩尔比为1.0：1.1。
基于粉末中Ti-Si的摩尔比，通过在无玻璃反应容器中使用等摩尔量的TiO进行相同的反应来尝试产生相同的纳米颗粒2和碳化硅2分别。得到的纳米颗粒的Ti与Si摩尔比为1.0：0.3，表明反应需要进一步优化。
制备壳聚糖溶液如前所述.壳聚糖溶液中加入不同量的S*NTT**s，得到不同剂量的S*NTT**s-Ch珠：0.14、0.28、0.42 和 0.56。一旦均匀，将S*NTT**s-壳聚糖溶液逐滴加入到0.1M NaOH溶液中。
用超纯水冲洗形成的水凝胶珠，直到滤液的pH值为中性。S*NTT**s-Ch磁珠未干燥，而是作为水凝胶珠保存， 以避免正常干燥引起的壳聚糖孔结构变化.
为了确定S*NTT**的形貌和尺寸，使用工作在2200 kV的JEM 200FS透射电子显微镜对S*NTT**的粉末进行分析。图像数据由数字显微照片套件软件进行分析。还通过能量色散X射线光谱仪分析了S*NTT**的TEM样品，量化是使用牛津INCA软件进行的。
通过Jeol 6700F扫描EM与牛津仪器能量色散X射线光谱仪耦合研究了S*NTT**s-Ch磁珠中S*NTT**s的分布和元素组成。加速电压为5–15 kV。将样品冷冻干燥并涂上碳，以便从S*NTT**s-Ch磁珠的横截面收集数据和图像。
使用ALPHA傅里叶变换红外光谱仪对冻干样品中对应于S*NTT**s，壳聚糖珠和S*NTT**s-Ch珠中*能官**团的拉伸带振动进行了研究， 数据由美国布鲁克的Opus软件处理。
STADI MP 粉末 X 射线衍射仪使用工作在 40 mA 和 40 kV 的铜管上分析了 S*NTT**、壳聚糖和 S*NTT**s-Ch 珠的晶相鉴定。扫描在 2° 至 9° 的 80 θ 范围内进行，步长为 0.013。数据由MATCH处理和 JANA2006 软件。
为了确定质构特性，S*NTT**s和S*NTT**-Ch磁珠的布鲁瑙尔-埃米特-泰勒表面积由N2使用3Flex微功德仪器测量吸附-解吸等温线。 S*NTT**s-Ch磁珠的孔径分布由Barret-Joyner-Halenda模型计算。
所有批次实验均使用合成镉进行2+溶液，除非另有说明。实验在室温下在聚乙烯管中使用美国VWR的摇摆台在恒定搅拌下一式两份进行，镉的吸附2+经聚乙烯管发现可以忽略不计。
为了研究吸附动力学和扩散行为，首先对0.24 g S*NTT**s进行了动力学实验 ·L−1，15颗壳聚糖珠和15个S*NTT**s-Ch珠·L−1。在0至2880分钟之间收集样品并分析Cd2+.伪一阶 。
伪二阶模型和粒子内扩散模型用于拟合我们的动力学数据。此后，为确定最佳用量，进行了第二批动力学实验，测试了以下用量：0.14、0.42和0.56 g S*NTT**s·g−1脱乙酰壳多糖。
使用Cd评估吸附等温线2+溶液范围从 0.1 到 400 mg ·L−1.在平衡时收集样品。朗缪尔 和弗罗恩德利希采用吸附模型拟合吸附等温线数据。 为了计算平衡时的吸附容量，吸附剂的质量等于S*NTT**s-Ch磁珠中S*NTT**s的质量。
金属离子与镉之间的竞争2+镍2+和铅2+通过分别研究每种金属89μM溶液的吸附来评估。建立了三个条件：单一金属离子溶液，含Cd的双质金属离子溶液2+和铅2+三溶质金属离子溶液。
玻璃柱装满了350个S*NTT**s-Ch珠，床体积为6 mL。在连续模式下，色谱柱用于处理合成Cd。2+溶液和实际渗滤液的向上流速为 0.32 mL ·最小−1.两个实验均在22°C下重复进行。 使用馏分收集器FC15收集46mL的样品，美国吉尔森。
S*NTT**s-Ch磁珠被回收并在批量实验中重复使用。回收过程包括解吸和再生。通过比较两种酸作为解吸剂。解吸和再生的剂量与先前*NTT**s研究中使用的剂量相同。
根据Cd选择最佳解吸剂2+解吸效率和失重定量。一旦选择了解吸剂，通过将15个S*NTT**s-Ch珠浸入3mL解吸剂中3小时来进行解吸。对于再生，15 Cd2+-解吸的S*NTT**s-Ch磁珠浸入3 mL的0.2 M NaOH中3 h。
然后用3 mL超纯水冲洗珠子1次。然后将回收的S*NTT**s-Ch磁珠在与原始珠子相同的条件下重复使用。按照上述步骤进行了7次回收。 对于每个循环，平衡时的吸附容量被测量。随着新的 Q e在每个周期中测量， Q e 恢复计算为 Q e每个周期和 Q e的处女珠子。
«——【·笔者认为·】——»
为了获得更安全的水，处理复杂水域的技术需要具有高度选择性，但最好也是负担得起和可行的。尽管一些吸附剂已被证明具有高度选择性;实验室研究和试点应用之间仍然存在明显的差距。
在这项研究中，我们选择使用由硅酸盐 - 钛酸纳米管制成的复合材料，该复合材料嵌入可生物降解的水凝胶聚合物中。 吸附剂用于吸附Cd2+来自合成水和真正的渗滤液。
通过将S*NTT**s分散在壳聚糖珠中，BET表面积减小，但聚集程度降低，与在没有任何支撑材料的情况下使用S*NTT**s相比，吸附特性得到改善。孔径分布结果证实了这一结果，因为即使在嵌入之后，S*NTT**s的孔也可以吸附在S*NTT**s-Ch磁珠中。
在处理沼气厂的实际渗滤液时，我们发现过渡金属和过渡后金属的去除率高于碱和碱土金属离子。复合材料的回收是成功的， 生产所需的材料量减少了，这也意味着吸附后的废物量减少。通过使用水凝胶珠，可以降低生产成本。
机械强度可能会受到影响，该复合材料以简单的方式生产，并显示出废水处理的潜力。吸附剂可实现更安全的排放水，并可用于需要无金属水的下游工艺。
«——【·参考文献·】——»
- 采尼 《镉诱导毒性的细胞机制》国际环境卫生研究杂志 2014
- 克里斯 《重金属在功能化介孔二氧化硅上的吸附》微孔介孔材料出版社 2017
- 克里斯蒂安 《树枝状聚合物、介孔二氧化硅和壳聚糖基纳米吸附剂用于去除重金属离子》国际生物学杂志 2016
- 张玲《使用壳聚糖和改性壳聚糖去除重金属离子》微孔介孔材料出版社 2016
- 刘伟《Pb2+，Cd2+，Cu2+和Cr3+吸附到钛酸纳米管上》科学总环境出版社 2013
- 王婷《pH、离子强度和腐植酸对Pb（II）、Cd（II）和Cr（III）竞争性吸附到钛酸酯纳米管上的影响》化学工程杂志 2013