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增加了通量。羅門哈斯樹脂無機納米顆粒/纖維素納米復(fù)合材料由于其獨特的性能、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，羅門哈斯樹脂無機納米顆粒與纖維素的集成方法在水處理時有諸多優(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)合材料的在實際工程中的應(yīng)用，著重介紹了無機納米顆粒/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。傳統(tǒng)的水處理設(shè)施可分為幾個處理階段，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分子，離子交換樹脂不能去除染料或細(xì)菌，這些缺點可以通過開發(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、無機、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，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的獨特性能和功能，無機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NPs作為無機填料的軟基質(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。
