我室祁海松教授课题组、北京防化院康健教授 Chem. Eng. J. ：用于水中高效吸附微／纳 ...

　　水中不同尺寸PS-MNPs的快速吸附

　　微粒的尺寸大小是HAA-PEI纤维吸附过程中一个重要影响因素之一。该工作通过控制不同尺寸大小的PS-MNPs（100 nm、500 nm和1 μm）与不同量的HAA-PEI纤维混合，通过对比吸附前后发光PS-MNPs的吸收强度来表明HAA-PEI纤维的吸附过程（图2）。结果表明，PS-MNPs的吸收强度随其被吸附的过程而急剧降低，并随着HAA-PEI纤维含量的升高而逐渐降低，这也说明HAA-PEI纤维的增加有利于增加HAA-PEI纤维表面的反应位点。同时，无关PS-MNPs的尺寸大小，材料的吸附作用都是通过带正电的HAA-PEI纤维和带负电的PS-MNPs之间的静电作用而产生的。

图2. 不同尺寸的PS-MNP在100 nm（a）、500 nm（b）、1 μm（c）和混合样品（d）处的形态。吸附不同尺寸的PS-MNP后HAA-PEI纤维的SEM图像（e-h）。具有不同尺寸（i-k）的PS-MNPs在用20 mg HAA-PEI纤维提取90分钟前后的吸附光谱。具有不同HAA-PEI纤维含量的PS-MNPs（l-n）的吸附光谱。

　　该工作进一步对比了HAA-PEI纤维、CAA-PEI纤维、HAA纤维和综纤维素对不同尺寸的PS-MNPs的吸附效率。显然，HAA-PEI纤维表现出比其他纤维更高的去除效率，针对100 nm、500 nm和1 μm的PS-MNPs分别表现出99.4%、99.1%和98.5%的去除效率，与CAA-PEI纤维相比优势明显（92.3%、82.1%和80.5%）。这一结果表明综纤维素有利于接枝更多的PEI分子以提供与PS-MNPs的相互作用。同时，HAA-PEI纤维的高Zeta电位值可以增强带负电荷的PS-MNPs的吸附能力，并且在最初的90分钟内，在95%以上的效率下实现了最大吸附平衡。

图3. 吸附剂剂量浓度（a-d）和时间（e）对PS-MNP去除效率的影响；（f）HAA-PEI和PS@HAA-PEI的热重分析曲线。

吸附后PS@HAA-PEI纤维的后处理与功能化

　　PS-MNPs吸附材料的解吸附能力对其工业应用和可持续发展尤为重要。由于半纤维素的高可及性，以及综纤维素独特的“核-壳”结构，均有利于PS-MNPs的进一步解吸附。该工作受蝉蜕皮过程的启发，设计了一种简单的碱处理方法，去除吸附有MNPs的半纤维素（纤维外壳结构）。PS@HAA-PEI解吸附后的纤维显示出粗糙的表面。同时，PS-MNPs嵌入纤维间也能增强PS@HAA-PEI纤维的力学强度。因此，HAA-PEI纤维作为一种高效的MNPs吸附剂，通过混凝/絮凝与沉淀相结合的处理过程，具有从污染水源中去除MNPs的巨大潜力。

图4. HAA-PEI纤维（a），PS@HAA-PEI纤维（b），以及PS@HAA-PEI碱处理后的纤维（c）的SEM图像。（d）PS@HAA-PEI纤维后处理（解吸和造纸）过程示意图。（e）综纤维素纤维PS@HAA-PEI纤维的应力-应变曲线。（f）PS@HAA-PEI纸张示意图。

　　该研究团队聚焦在综纤维素的提取和应用方面的研究，采用表面化学改性制备了接枝有聚乙烯亚胺的综纤维素（HAA-PEI）功能纤维。对不同尺寸大小的PS-MNPs均表现出了良好的吸附能力。同时，通过两种简单有效的后处理方法，实现了吸附后MNPs的回收以及再利用。该方法制备的HAA-PEI纤维可作为一种具有高吸附效率、易制备、易解吸附的微纳塑料吸附剂，为水环境中吸附微/纳塑料方面做出了一定的探索。