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1.研(yan)究背(bei)景

在紡(fang)織業(ye)蓬勃發(fa)(fa)展的(de)(de)背景(jing)下(xia)，印染(ran)部(bu)(bu)門(men)是(shi)一(yi)個關鍵但(dan)又具有環境挑戰性的(de)(de)部(bu)(bu)門(men)，同時產生(sheng)大量(liang)的(de)(de)經濟價值并造成環境退化。來自該工業(ye)的(de)(de)廢水(shui)被大量(liang)染(ran)料(liao)嚴重污染(ran)，對(dui)水(shui)生(sheng)生(sheng)態系(xi)統和人類健康構(gou)成嚴重威(wei)脅，尤其(qi)是(shi)在未經處理或管理不當的(de)(de)情況下(xia)。為了應(ying)對(dui)這一(yi)困境，各種補救策略包括物(wu)理、化學(xue)并且已(yi)經探索了生(sheng)物(wu)學(xue)方法(fa)(fa)。吸附法(fa)(fa)由(you)于(yu)其(qi)簡單程序(xu)、可(ke)負擔(dan)性以(yi)(yi)及在以(yi)(yi)下(xia)方面的(de)(de)卓越效率，因此(ci)，開(kai)發(fa)(fa)新的(de)(de)、高效的(de)(de)、成本有效的(de)(de)和環境可(ke)持續的(de)(de)吸附材(cai)料(liao)是(shi)必要的(de)(de)。

閩南師范大學張林宇(yu)教授(shou)團隊在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊(kan)（IF=7.7）上發表了(le)題目(mu)為“Hydrogels  comprising  oxidized  carboxymethyl  cellulose  and  water-soluble chitosan  at  varied  oxidation  levels:  Synthesis,  characterization,  and adsorptive  toward  methylene  blue”的文(wen)章（DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.134351)，文(wen)章探(tan)索(suo)了(le)對亞甲基藍的吸附(fu)性(xing)能研究。水(shui)凝膠具(ju)有(you)復雜的三維(wei)聚合物網(wang)絡，在保(bao)水(shui)性(xing)和(he)生(sheng)物相容(rong)性(xing)方(fang)面表現出色，使其成為環境清潔(jie)應用的理(li)想(xiang)候選者。

文章中測量水凝膠的(de)流(liu)變特性的(de)儀器就(jiu)是我們上海(hai)保圣的(de)RH-20流(liu)變儀，那么具體操(cao)作方法是什么呢？

2.研(yan)究方法

水(shui)凝膠(jiao)的(de)流變(bian)性(xing)能測(ce)試

通過(guo)(guo)振蕩流(liu)(liu)(liu)變(bian)(bian)(bian)儀研究了(le)(le)WSC/42%OCMC、WSC/56%OCMC和WSC/66%OCMC水(shui)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)變(bian)(bian)(bian)特性(xing)(xing)(xing)。圖中示出(chu)了(le)(le)當恒定(ding)應(ying)變(bian)(bian)(bian)振幅為5%且溫度(du)為25℃時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)掃描結(jie)果。在(zai)(zai)(zai)低(di)(di)頻(pin)范(fan)圍內(nei)，儲能模(mo)量(liang)（G′）超過(guo)(guo)損耗(hao)模(mo)量(liang)（G″）。表(biao)(biao)明在(zai)(zai)(zai)水(shui)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)中主要是彈(dan)性(xing)(xing)(xing)行為。該(gai)(gai)發現(xian)表(biao)(biao)明水(shui)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)具(ju)有(you)強(qiang)分(fen)子間相(xiang)互(hu)作用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)(gou)良(liang)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)網絡(luo)，導致(zhi)主要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)響應(ying)。然而，當頻(pin)率(lv)接近大(da)約(yue)8Hz時，（G′）超過(guo)(guo)（G″），表(biao)(biao)明向更(geng)具(ju)粘性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)行為轉變(bian)(bian)(bian)。這種(zhong)(zhong)粘彈(dan)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化是由(you)于水(shui)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)網絡(luo)結(jie)構(gou)(gou)(gou)在(zai)(zai)(zai)較(jiao)高(gao)頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)破(po)壞，這導致(zhi)降(jiang)低(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)和增加(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)粘性(xing)(xing)(xing)耗(hao)散(san)。隨(sui)(sui)著頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，所有(you)三種(zhong)(zhong)水(shui)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)（G′）逐漸(jian)下(xia)降(jiang)，而（G″）上(shang)升。該(gai)(gai)觀察證(zheng)實了(le)(le)水(shui)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)網絡(luo)結(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重排(pai)和交聯(lian)點的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)破(po)壞，導致(zhi)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)降(jiang)低(di)(di)和粘度(du)增加(jia)(jia)。在(zai)(zai)(zai)圖中示出(chu)了(le)(le)在(zai)(zai)(zai)8Hz的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)和5%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)恒定(ding)應(ying)變(bian)(bian)(bian)振幅下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)掃描的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果。在(zai)(zai)(zai)整(zheng)個溫度(du)范(fan)圍內(nei)（25–80?C）對(dui)于所有(you)三種(zhong)(zhong)水(shui)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)，（G′）保持高(gao)于（G″），確認其主要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)，并將其表(biao)(biao)征為理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)(jiao)體凝膠(jiao)(jiao)(jiao)。隨(sui)(sui)著溫度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)升高(gao)，觀察到（G′）略(lve)有(you)增加(jia)(jia)，這可(ke)歸因(yin)于增強(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)子運(yun)動促進(jin)了(le)(le)內(nei)部結(jie)構(gou)(gou)(gou)重排(pai)，緊湊有(you)序結(jie)構(gou)(gou)(gou)。相(xiang)反，隨(sui)(sui)著溫度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，觀察到（G′）略(lve)微降(jiang)低(di)(di)，這可(ke)能是由(you)于形成(cheng)了(le)(le)更(geng)有(you)序和穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)子結(jie)構(gou)(gou)(gou)，減少了(le)(le)變(bian)(bian)(bian)形過(guo)(guo)程中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能量(liang)耗(hao)散(san)。比較(jiao)三種(zhong)(zhong)水(shui)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)變(bian)(bian)(bian)性(xing)(xing)(xing)能，可(ke)以明顯(xian)看出(chu)，隨(sui)(sui)著OCMC氧化程度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，（G′）略(lve)有(you)下(xia)降(jiang)。這種(zhong)(zhong)趨(qu)勢(shi)可(ke)以用(yong)交聯(lian)密(mi)度(du)隨(sui)(sui)OCMC氧化程度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)(jia)而增加(jia)(jia)來解(jie)釋，這增強(qiang)了(le)(le)水(shui)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)硬度(du)但降(jiang)低(di)(di)了(le)(le)其彈(dan)性(xing)(xing)(xing)。增加(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)交聯(lian)密(mi)度(du)限制了(le)(le)聚合物(wu)鏈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)動性(xing)(xing)(xing)，導致(zhi)更(geng)剛性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)(gou)，表(biao)(biao)現(xian)出(chu)降(jiang)低(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)。這一觀察結(jie)果與(yu)TPA得(de)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果一致(zhi)，進(jin)一步證(zheng)實了(le)(le)OCMC的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧化程度(du)對(dui)水(shui)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)機械性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。

WSC/OCMC水凝膠(jiao)的流(liu)變性能

3.結論(lun)

在本研(yan)究(jiu)中，使用水成功地(di)合成了水凝膠。

可溶性(xing)殼聚糖（WSC）和(he)氧(yang)化羧甲基(ji)纖維素（OCMC）通(tong)過凍融(rong)法進行不(bu)同(tong)程(cheng)度的(de)氧(yang)化。隨著OCMC氧(yang)化程(cheng)度的(de)提高，更多(duo)的(de)羥基(ji)被(bei)氧(yang)化為醛(quan)基(ji)，促進WSC和(he)OCMC之間的(de)分(fen)子(zi)間相互作用。這(zhe)(zhe)導致(zhi)(zhi)具有(you)較(jiao)大孔的(de)水(shui)凝(ning)(ning)(ning)膠(jiao)結構(gou)，這(zhe)(zhe)有(you)助于改(gai)善機(ji)械性(xing)能。結構(gou)表征證實了WSC、OCMC和(he)水(shui)凝(ning)(ning)(ning)膠(jiao)的(de)成(cheng)功合成(cheng)。SEM分(fen)析顯示水(shui)凝(ning)(ning)(ning)膠(jiao)具有(you)相互連(lian)通(tong)的(de)多(duo)孔結構(gou)，氧(yang)化程(cheng)度越高，凝(ning)(ning)(ning)膠(jiao)網絡越致(zhi)(zhi)密。TGA分(fen)析表明，WSC的(de)水(shui)溶性(xing)增強導致(zhi)(zhi)其熱(re)穩定性(xing)略有(you)下降(jiang)。同(tong)時，醛(quan)基(ji)的(de)引入也(ye)降(jiang)低(di)了OCMC的(de)熱(re)穩定性(xing)。然(ran)而，不(bu)同(tong)氧(yang)化程(cheng)度的(de)OCMC并沒有(you)顯著改(gai)變OCMC的(de)總體(ti)熱(re)分(fen)解行為

水(shui)(shui)凝(ning)(ning)膠溶脹(zhang)測試顯(xian)示(shi)較高氧(yang)化水(shui)(shui)平的(de)(de)OCMC提高了(le)(le)水(shui)(shui)凝(ning)(ning)膠網絡內的(de)(de)交聯(lian)(lian)密(mi)度，從(cong)而阻礙水(shui)(shui)分子(zi)滲透并隨(sui)后(hou)降(jiang)低溶脹(zhang)能(neng)力。力學性(xing)能(neng)測試表(biao)(biao)明(ming)，隨(sui)著OCMC氧(yang)化程(cheng)度的(de)(de)增加(jia)，水(shui)(shui)凝(ning)(ning)膠中交聯(lian)(lian)點(dian)的(de)(de)數(shu)量增加(jia)，導致聚合物鏈之間更緊密(mi)的(de)(de)結合，從(cong)而增強了(le)(le)網絡結構的(de)(de)剛性(xing)，硬(ying)度從(cong)3.01 N至6.16 N。流變表(biao)(biao)征進(jin)一步證實，這些水(shui)(shui)凝(ning)(ning)膠主(zhu)要是(shi)彈性(xing)的(de)(de)，并表(biao)(biao)現(xian)出理想的(de)(de)膠體凝(ning)(ning)膠行為。此外，吸(xi)(xi)附(fu)試驗表(biao)(biao)明(ming)，WSC/66%OCMC水(shui)(shui)凝(ning)(ning)膠對亞(ya)甲基藍的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)量為28.08mg/G。吸(xi)(xi)附(fu)動力學符合化學吸(xi)(xi)附(fu)為主(zhu)的(de)(de)過程(cheng)，符合準二級動力學模型。吸(xi)(xi)附(fu)等(deng)溫線(xian)遵循多層吸(xi)(xi)附(fu)模式，符合Freundlich吸(xi)(xi)附(fu)等(deng)溫式。