用于吸附养殖尾水中Cu2+的温度敏感型淀粉基水凝胶制备及性能分析
Preparation and application in removal of Cu2+from aquaculture tailwater for thermoresponsive starch ether/carboxymethyl starch composite hydrogel
姜硕 1孙萌 1孙惠 1张丽萍 2何天晓 2李姝诺 2李苗 3刘鹰 4田野5
作者信息
- 1. 大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连 116023;设施渔业教育部重点实验室(大连海洋大学),辽宁大连 116023
- 2. 大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连 116023
- 3. 大连工业大学生物工程学院,辽宁大连 116034
- 4. 设施渔业教育部重点实验室(大连海洋大学),辽宁大连 116023;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江杭州 310058
- 5. 大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连 116023;设施渔业教育部重点实验室(大连海洋大学),辽宁大连 116023;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江杭州 310058;杭州萧山东海养殖有限责任公司,浙江杭州 311500
- 折叠
摘要
为了快速移除水产养殖尾水中的铜离子(Cu2+),合成了一种新型温度敏感多糖基水凝胶,以具有结构和性能优势的2-羟基-3-异丙氧基丙基淀粉醚(HIPS)和羧甲基淀粉钠(CMS)为原料,以乙二醇二缩水甘油醚(EDGE)和CaCl2为交联剂,通过形成共价键和离子键的混合交联方式制备具有温度敏感性能的HIPS/CMS复合凝胶,利用傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)对复合凝胶的结构和内部形貌进行表征,研究复合凝胶的温度敏感性能,并探究了复合凝胶对水产养殖尾水中Cu2+的吸附效果.结果表明:HIPS/CMS复合凝胶具有优异的温度敏感性能,当温度高于其体积相转变温度(VPTT,34.1℃)时,复合凝胶体积明显收缩,溶胀率从62.1倍下降至33.6倍;HIPS/CMS复合凝胶对水产养殖尾水中Cu2+具有良好的吸附性能,最大吸附量可达25.2 mg/g;复合凝胶对Cu2+吸附过程符合Langmuir吸附模型,属于单分子层化学吸附;利用该复合凝胶的温度敏感性能,可实现HIPS/CMS复合凝胶的回收再利用,并且经5次吸附-解吸循环后吸附量仍可达15.1mg/g.研究表明,本研究制备的HIPS/CMS复合凝胶对养殖尾水中的Cu2+的去除效果较好且绿色环保,可以重复使用.
Abstract
A thermoresponsive hydrogel composed of 2-hydroxy-3-isopropoxypropyl starch(HIPS)and carboxym-ethyl starch sodium(CMS)was synthesized via cross-linking with hybrid crosslinkers including ethylene glycol dig-lycidyl ether(EDCE)and calcium chloride(CaCl2)for removal of copper ions from aquaculture tailwater.The in-ternal structure,morphology and thermoresponsive performance of the hydrogels were characterized by Fourier trans-form infrared spectroscopy(FT-IR)and scanning electron microscopy(SEM).The adsorption behavior of HIPS/CMS composite hydrogel for Cu2+in aquaculture tailwater was explored under different adsorption capacities of Cu2+,pH,and Cu2+concentrations.The results showed that the HIPS/CMS hydrogel had excellent thermorespons-ive performance,with the significantly shrunken volume at temperature of higher than its volume phase transition temperature(VPTT,34.1 ℃),and decrease in the swelling rate from 62.1 times to 33.6 times.HIPS/CMS hydro-gel has desirable adsorption properties for Cu2+in aquaculture tailwater,with the maximal adsorption capacity of 25.2 mg/g.The adsorption process of Cu2+was conformed to the Langmuir model.The thermoresponsive of the hy-drogel was used to realize the recovery and reuse of HIPS/CMS hydrogel,with the Cu2+adsorption capacity of 15.1 mg/g after five adsorption-desorption cycles.The findings indicated that the HIPS/CMS composite gel prepared in this study had a good effect on the removal of Cu2+and was friendly reused for environment.
关键词
水产养殖尾水/Cu2+吸附/水凝胶/温度敏感/淀粉衍生物Key words
aquaculture tailwater/Cu2+adsorption/hydrogel/thermoresponsive/starch derivative引用本文复制引用
基金项目
国家自然科学基金(31901775)
国家自然科学基金(22108024)
辽宁省自然科学基金面上项目(2023-MS-285)
辽宁省教育厅高校基本科研项目(20220062)
大连市青年科技之星项目(2021RQ113)
大连市青年科技之星项目(2022RQ016)
设施渔业教育部重点实验室(大连海洋大学)资助项目(202224)
出版年
2024
NETL
NSTL
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