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1.研究背景

在紡織業(yè)蓬勃發(fā)展的背景下，印染部門是一個關鍵但又具有環(huán)境挑戰(zhàn)性的部門，同時產(chǎn)生大量的經(jīng)濟價值并造成環(huán)境退化。來自該工業(yè)的廢水被大量染料嚴重污染，對水生生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構成嚴重威脅，尤其是在未經(jīng)處理或管理不當?shù)那闆r下。為了應對這一困境，各種補救策略包括物理、化學并且已經(jīng)探索了生物學方法。吸附法由于其簡單程序、可負擔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。

閩南師范大學張林宇教授團隊在《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)，文章探索了對亞甲基藍的吸附性能研究。水凝膠具有復雜的三維聚合物網(wǎng)絡，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。圖中示出了當恒定應變振幅為5%且溫度為25℃時的頻率掃描結果。在低頻范圍內，儲能模量（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)表明水凝膠具有強分子間相互作用的結構良好的網(wǎng)絡，導致主要的彈性響應。然而，當頻率接近大約8Hz時，（G′）超過（G″），表明向更具粘性的行為轉變。這種粘彈性的變化是由于水凝膠網(wǎng)絡結構在較高頻率下的破壞，這導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。該觀察證實了水凝膠網(wǎng)絡結構的重排和交聯(lián)點的破壞，導致彈性降低和粘度增加。在圖中示出了在8Hz的頻率和5%的恒定應變振幅下的溫度掃描的結果。在整個溫度范圍內（25–80?C）對于所有三種水凝膠，（G′）保持高于（G″），確認其主要的彈性性質，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，這可歸因于增強的分子運動促進了內部結構重排，緊湊有序結構。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)定的分子結構，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性，導致更剛性的結構，表現(xiàn)出降低的彈性。這一觀察結果與TPA得出的結果一致，進一步證實了OCMC的氧化程度對水凝膠機械性能的影響。

WSC/OCMC水凝膠的流變性能

3.結論

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WSC和OCMC之間的分子間相互作用。這導致具有較大孔的水凝膠結構，這有助于改善機械性能。結構表征證實了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構，氧化程度越高，凝膠網(wǎng)絡越致密。TGA分析表明，WSC的水溶性增強導致其熱穩(wěn)定性略有下降。同時，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)絡內的交聯(lián)密度，從而阻礙水分子滲透并隨后降低溶脹能力。力學性能測試表明，隨著OCMC氧化程度的增加，水凝膠中交聯(lián)點的數(shù)量增加，導致聚合物鏈之間更緊密的結合，從而增強了網(wǎng)絡結構的剛性，硬度從3.01 N至6.16 N。流變表征進一步證實，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，吸附試驗表明，WSC/66%OCMC水凝膠對亞甲基藍的吸附量為28.08mg/G。吸附動力學符合化學吸附為主的過程，符合準二級動力學模型。吸附等溫線遵循多層吸附模式，符合Freundlich吸附等溫式。