Three-dimensional macroscopic aminosilylated nanocellulose aerogels as sustainable bio-adsorbents for the effective removal of heavy metal ions

纳米纤维素 吸附 气凝胶 水溶液中的金属离子 水溶液 化学工程 多孔性 材料科学 金属 吸热过程 纤维素 化学 纳米技术 有机化学 复合材料 冶金 工程类
作者
Biyao Geng,Zhengyang Xu,Peng Liang,Jin Zhang,Peter Christie,Hongzhi Liu,Shengchun Wu,Xiaohuan Liu
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:190: 170-177 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2021.08.186
摘要

Designing an environmentally benign bio-adsorbent for the removal of heavy metal ions from aqueous medium was a sustainable strategy to ensure water safety. Herein, three-dimensional macroscopic aminosilyated nanocellulose aerogels (APTMS-modified TO-NFC) for the removal of heavy metal ions in water were successfully synthesized from bamboo-derived TEMPO-oxidized nanofibrillated cellulose (TO-NFC) and aminopropyltrimethoxysilane (APTMs) via a facile freeze-drying process. Owing to a relatively high BET surface area (129.32 m2 g−1), high porosity (99.14%) as well as high substitution degree of amino groups (0.41), the resulting APTMS-modified TO-NFC aerogel exhibited good adsorption capacity of 99.0, 124.5, and 242.1 mg g−1 for Cu2+, Cd2+ and Hg2+, respectively. Furthermore, the crosslinked and three-dimensionally porous architecture imparted it with relatively high compression strength, good excellent stability in water, and ease of recyclability from water after the usage. The pH value of the solution had a great influence on adsorption efficiency of the aerogel adsorbent, and optimal adsorption efficiency could be achieved at pH 3–7. Thermodynamic parameters suggested the spontaneous and endothermic nature of adsorption process. This work provides a facile method for preparing sustainable bio-adsorbent for effective heavy metal ions removal from aqueous medium.
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