生物质水凝胶绿色高效吸附再生技术实现核废水中硼的高效提取

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Biomass-Derived Hydrogel Enables High-Efficiency Boron Extraction from Nuclear Wastewater via Green Selective Adsorption and Rapid Regeneration

　　本文报道了一种基于纤维素纳米晶(CNC)、聚乙烯亚胺(PEI)和聚乙烯醇(PVA)的绿色可再生水凝胶吸附剂，通过构建三维多孔网络实现核废水中硼的高选择性吸附（最大吸附容量46.48 mg·g?1）和快速再生。该材料在pH 9条件下通过静电吸引与络合作用对B(OH)4?实现高效捕获，兼具抗干扰性和循环稳定性，为核废水硼污染治理提供可持续解决方案。

　　

亮点

材料与试剂

湖州赛科科技有限公司提供纤维素纳米晶(CNC)。叔丁基丙烯酸酯(tBA)、乙基溴等试剂购自阿拉丁试剂公司，PMDETA来自Sigma-Aldrich，其余化学试剂由国药集团化学试剂有限公司提供。聚乙烯醇(PVA)和支化聚乙烯亚胺(PEI)为实验主要聚合物原料。

表征方法

CNC-g-PAA/PEI-PVA水凝胶的合成路线如图1所示：首先通过α-溴代异丁酰溴修饰CNC制得大分子引发剂CNC-Br，再经表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)获得CNC-g-PtBA中间体，最终经三氟乙酸水解转化为CNC-g-PAA。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)显示CNC及其衍生物的特征峰（图S2a），证实PAA成功接枝。

结论

本研究成功构建了具有分级三维多孔网络的生物质三元水凝胶(CNC-g-PAA/PEI-PVA)。其创新性在于以CNC-g-PAA为刚性骨架，与PEI、PVA柔性链协同构建吸附位点，在优化配比(PEI:PVA=1:2)下实现46.48 mg·g^?1的硼吸附容量，较传统吸附剂提升40-60%。吸附过程符合伪二级动力学和Langmuir单层化学吸附模型，在pH 9时通过胺基/羟基与B(OH)₄^?的静电-络合协同作用实现高效捕获。该材料在复杂水体中展现优异抗离子干扰能力和循环稳定性，为核废水硼去除提供绿色解决方案。