1.研究背景

在紡織業(yè)蓬勃發(fā)展的背景下，印染部門是一個(gè)關(guān)鍵但又具有環(huán)境挑戰(zhàn)性的部門，同時(shí)產(chǎn)生大量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值并造成環(huán)境退化。來自該工業(yè)的廢水被大量染料嚴(yán)重污染，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，尤其是在未經(jīng)處理或管理不當(dāng)?shù)那闆r下。為了應(yīng)對(duì)這一困境，各種補(bǔ)救策略包括物理、化學(xué)并且已經(jīng)探索了生物學(xué)方法。吸附法由于其簡單程序、可負(fù)擔(dān)性以及在以下方面的卓越效率，因此，開發(fā)新的、高效的、成本有效的和環(huán)境可持續(xù)的吸附材料是必要的。

閩南師范大學(xué)張林宇教授團(tuán)隊(duì)在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊（IF=7.7）上發(fā)表了題目為“Hydrogels  comprising  oxidized  carboxymethyl  cellulose  and  water-soluble chitosan  at  varied  oxidation  levels:  Synthesis,  characterization,  and adsorptive  toward  methylene  blue”的文章（DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.134351)，文章探索了對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性能研究。水凝膠具有復(fù)雜的三維聚合物網(wǎng)絡(luò)，在保水性和生物相容性方面表現(xiàn)出色，使其成為環(huán)境清潔應(yīng)用的理想候選者。

文章中測量水凝膠的流變特性的儀器就是我們上海保圣的RH-20流變儀，那么具體操作方法是什么呢？

2.研究方法

水凝膠的流變性能測試

通過振蕩流變儀研究了WSC/42%OCMC、WSC/56%OCMC和WSC/66%OCMC水凝膠的流變特性。圖中示出了當(dāng)恒定應(yīng)變振幅為5%且溫度為25℃時(shí)的頻率掃描結(jié)果。在低頻范圍內(nèi)，儲(chǔ)能模量（G′）超過損耗模量（G″）。表明在水凝膠中主要是彈性行為。該發(fā)現(xiàn)表明水凝膠具有強(qiáng)分子間相互作用的結(jié)構(gòu)良好的網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致主要的彈性響應(yīng)。然而，當(dāng)頻率接近大約8Hz時(shí)，（G′）超過（G″），表明向更具粘性的行為轉(zhuǎn)變。這種粘彈性的變化是由于水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在較高頻率下的破壞，這導(dǎo)致降低的彈性和增加的粘性耗散。隨著頻率的增加，所有三種水凝膠的（G′）逐漸下降，而（G″）上升。該觀察證實(shí)了水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重排和交聯(lián)點(diǎn)的破壞，導(dǎo)致彈性降低和粘度增加。在圖中示出了在8Hz的頻率和5%的恒定應(yīng)變振幅下的溫度掃描的結(jié)果。在整個(gè)溫度范圍內(nèi)（25–80?C）對(duì)于所有三種水凝膠，（G′）保持高于（G″），確認(rèn)其主要的彈性性質(zhì)，并將其表征為理想的膠體凝膠。隨著溫度的升高，觀察到（G′）略有增加，這可歸因于增強(qiáng)的分子運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)重排，緊湊有序結(jié)構(gòu)。相反，隨著溫度的增加，觀察到（G′）略微降低，這可能是由于形成了更有序和穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)，減少了變形過程中的能量耗散。比較三種水凝膠的流變性能，可以明顯看出，隨著OCMC氧化程度的增加，（G′）略有下降。這種趨勢可以用交聯(lián)密度隨OCMC氧化程度的增加而增加來解釋，這增強(qiáng)了水凝膠的硬度但降低了其彈性。增加的交聯(lián)密度限制了聚合物鏈的流動(dòng)性，導(dǎo)致更剛性的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出降低的彈性。這一觀察結(jié)果與TPA得出的結(jié)果一致，進(jìn)一步證實(shí)了OCMC的氧化程度對(duì)水凝膠機(jī)械性能的影響。

WSC/OCMC水凝膠的流變性能

3.結(jié)論

在本研究中，使用水成功地合成了水凝膠。

可溶性殼聚糖（WSC）和氧化羧甲基纖維素（OCMC）通過凍融法進(jìn)行不同程度的氧化。隨著OCMC氧化程度的提高，更多的羥基被氧化為醛基，促進(jìn)WSC和OCMC之間的分子間相互作用。這導(dǎo)致具有較大孔的水凝膠結(jié)構(gòu)，這有助于改善機(jī)械性能。結(jié)構(gòu)表征證實(shí)了WSC、OCMC和水凝膠的成功合成。SEM分析顯示水凝膠具有相互連通的多孔結(jié)構(gòu)，氧化程度越高，凝膠網(wǎng)絡(luò)越致密。TGA分析表明，WSC的水溶性增強(qiáng)導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性略有下降。同時(shí)，醛基的引入也降低了OCMC的熱穩(wěn)定性。然而，不同氧化程度的OCMC并沒有顯著改變OCMC的總體熱分解行為

水凝膠溶脹測試顯示較高氧化水平的OCMC提高了水凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的交聯(lián)密度，從而阻礙水分子滲透并隨后降低溶脹能力。力學(xué)性能測試表明，隨著OCMC氧化程度的增加，水凝膠中交聯(lián)點(diǎn)的數(shù)量增加，導(dǎo)致聚合物鏈之間更緊密的結(jié)合，從而增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的剛性，硬度從3.01 N至6.16 N。流變表征進(jìn)一步證實(shí)，這些水凝膠主要是彈性的，并表現(xiàn)出理想的膠體凝膠行為。此外，吸附試驗(yàn)表明，WSC/66%OCMC水凝膠對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量為28.08mg/G。吸附動(dòng)力學(xué)符合化學(xué)吸附為主的過程，符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。吸附等溫線遵循多層吸附模式，符合Freundlich吸附等溫式。