羅門哈斯樹脂由于水資源短缺、水污染嚴(yán)重，水處理技術(shù)收到了研究者們的廣泛關(guān)注。其中，納米材料的創(chuàng)新為水凈化技術(shù)提供了新思路和新方法，降低了操作和資本成本，提高了污染物的選擇性同時(shí)增加了通量。羅門哈斯樹脂無機(jī)納米顆粒/纖維素納米復(fù)合材料由于其獨(dú)特的性能、高的比表面積和對污染物的選擇性而受到越來越多的關(guān)注。此外，羅門哈斯樹脂無機(jī)納米顆粒與纖維素的集成方法在水處理時(shí)有諸多優(yōu)勢，例如防止顆粒團(tuán)聚，保持膠體穩(wěn)定性，純化后可以通過磁性納米顆粒分離等。
羅門哈斯樹脂水處理市場占有率居于前列
首先介紹了傳統(tǒng)的水處理技術(shù)，然后概述了無機(jī)納米顆粒/纖維素復(fù)合材料的水處理技術(shù)。此外，還討論了這種雜化復(fù)合材料的在實(shí)際工程中的應(yīng)用，著重介紹了無機(jī)納米顆粒/纖維素通過吸附污染物和非吸附(催化、光催化和抗菌)活性來凈化水質(zhì)的方法，最后是總結(jié)和展望了上述技術(shù)的應(yīng)用。
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在過去的幾十年里，由于對清潔水的需求的巨大增長，水處理的研究仍然是熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的水處理設(shè)施可分為幾個(gè)處理階段，包括化學(xué)混凝、重力沉降和過濾。然而，即使經(jīng)過這些處理階段，水仍然可能含有殘留的染料、重金屬和病原體。此外，化學(xué)消毒步驟會形成有害的消毒副產(chǎn)品(DBPs)，如氯仿、氯化有機(jī)物和具有高致突變和/或致癌潛力的氧陰離子。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。新的水處理技術(shù)由于高資本成本和嚴(yán)格的監(jiān)管環(huán)境成為一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為了尋求更好的解決方案，膜技術(shù)如反滲透和非選擇性吸入劑包括活性炭或離子交換聚合物也相繼發(fā)展。但是膜污染降低其壽命，活性炭很難去除十億分之一(ppb)水平的重金屬離子和低分子量的極性有機(jī)分子，離子交換樹脂不能去除染料或細(xì)菌，這些缺點(diǎn)可以通過開發(fā)新型的水處理納米材料來解決。
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納米技術(shù)在水凈化方面的好處具有極大的吸引力，包括操作簡單、成本和資本成本低、便攜性好，以及在各種污染物(可溶性和不可溶性有機(jī)、無機(jī)、生物)上的可用性。納米材料吸附效率的提高是由于其具有極高的比表面積和相關(guān)的吸附位點(diǎn)，以及顆粒內(nèi)擴(kuò)散距離較短。在此背景下，納米級吸附劑-支架復(fù)合材料被認(rèn)為是未來水凈化材料的發(fā)展方向，特別是纖維素生物材料作為支架的應(yīng)用。本文綜述了無機(jī)納米顆粒(NPs)/纖維素復(fù)合材料及其在吸附、催化和抗菌等凈水方面的應(yīng)用。
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由于纖維素和NPs的獨(dú)特性能和功能，無機(jī)NPs/纖維素雜化納米復(fù)合材料受到越來越多的關(guān)注。纖維素具有有趣的特性，包括生物降解性、天然豐度、良好的機(jī)械性能、高表面積、形態(tài)各向異性、熱穩(wěn)定性、高密度的親水羥基，這些羥基很容易被功能化。將纖維素與無機(jī)NPs結(jié)合可以有效地防止結(jié)塊，確保膠體的穩(wěn)定性，并允許在純化后被磁性納米顆粒分離。纖維素還可以通過化學(xué)改性或物理摻入/混合其他聚合物或納米材料來獲得更高級的功能。纖維素/無機(jī)NPs作為無機(jī)填料的軟基質(zhì)，在藥物傳遞系統(tǒng)、傳感器、水凝膠、電子活性紙、形狀記憶材料和功能膜等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
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纖維素可被功能化或接枝含有官能基的分子或長聚合物鏈，以促進(jìn)與污染物的各種化學(xué)/物理相互作用，導(dǎo)致對污染物有更大范圍的選擇性。總結(jié)了常見的纖維素改性技術(shù)，為進(jìn)一步功能化提供了基礎(chǔ)，介紹了改性纖維素用于水處理的代表性研究，為新型無機(jī)NPs/功能化纖維素雜化水處理提供了思路。顯示了已應(yīng)用于水處理的各種功能性纖維素。不同官能團(tuán)對污染物的吸附效果不同。
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無機(jī)NPs/纖維素復(fù)合材料在制備方面有一些相似之處。由于對NP特性的較好控制和在大規(guī)模處理中簡單，用于這一應(yīng)用的無機(jī)NP多采用自底向上方法合成。原纖維素或功能化纖維素被溶解/膨脹到溶液中，以便與先前合成的無機(jī)NPs(即異位)整合，或在溶液中(即原位)在纖維素表面成核和生長NPs。混合復(fù)合材料的最終形態(tài)和結(jié)構(gòu)形式以及纖維素的結(jié)晶度是由制造工藝、使用的化學(xué)物質(zhì)和溶劑以及/或纖維素表面官能團(tuán)決定的。
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將纖維素溶解/溶脹在溶液中后，制備的NPs可以與纖維素結(jié)合，也可以在纖維素表面原位形成NPs。為了整合已制備的NPs，由于纖維素的官能團(tuán)錨定NPs，無機(jī)NPs可以均勻分布在纖維素表面。為了使NPs在纖維素表面成核生長，金屬離子可以均勻地吸附在纖維素官能團(tuán)附近，從而使NPs在纖維素表面均勻地形成。雜化復(fù)合材料的最終形態(tài)和纖維素的結(jié)晶度是由制造工藝、使用的化學(xué)品和溶劑以及/或纖維素表面官能團(tuán)決定的。
