具有磁回收性能的Fe3O4负载聚(N-异丙基丙烯酰胺)-羧甲基纤维素水凝胶微球，用于高效去除胺基功能化的聚苯乙烯纳米塑料

《Journal of Water Process Engineering》：Magnetically recoverable Fe3O4-loaded poly(N-isopropylacrylamide)?sodium carboxymethyl cellulose hydrogel beads for efficient removal of amine-functionalized polystyrene nanoplastics

　　

Somen Mondal | Wonho Cho | Zahra | Seongsu Cho | Jinkee Lee

摘要

纳米塑料已成为水环境中的新兴污染物，且使用传统的水处理工艺难以去除，尤其是在浓度相对较低的情况下（与许多实验室研究中的浓度相比）。胺功能化的聚苯乙烯纳米塑料（PS–NH₂ NPs；50纳米）尤其令人担忧，因为它们具有持久性，并且与生物系统有强烈的相互作用。本研究报道了一种可通过将磁铁矿（Fe₃O₄）整合到聚(N-异丙基丙烯酰胺)-羧甲基纤维素（PNIPAM–NaCMC）互穿聚合物网络（IPN）中制备的磁性可回收水凝胶珠。该网络是通过基于气体动力学虚拟喷嘴（GDVN）的微滴工艺，利用紫外光辅助光聚合技术制备的。在25°C和pH 6.2的条件下，使用2.5克/升的吸附剂，这些水凝胶珠在25–30分钟内能够去除99.89%的PS–NH₂ NPs（浓度为5毫克/升），并且在pH 2–10以及盐水和实际水体环境中仍保持较高的去除效率。吸附动力学过程迅速，可以用伪二级模型很好地描述；平衡数据符合Freundlich等温线，表明吸附过程存在表面异质性。研究表明，静电吸引是主要的吸附机制，同时氢键和π–π相互作用也起到了一定作用。这些水凝胶珠可以通过外部磁铁轻松回收，在经过5次再生循环（使用0.4摩尔/升的盐酸）后，其去除效率仍保持在95.5%以上。总体而言，负载了Fe₃O₄的PNIPAM–NaCMC IPN水凝胶珠结合了快速去除纳米塑料、耐受多种介质和易于磁回收的优点，显示出其在受控条件下应用于盐水和实际水体中的潜力。