Cellulose nanocrystals-based flocculants for high-speed and high-efficiency decolorization of colored effluents

硝酸铈铵 纤维素 絮凝作用 氯化铵 Zeta电位 核化学 材料科学 结晶度 硝酸铵 化学工程 嫁接 化学 纳米颗粒 聚合物 纳米技术 有机化学 工程类 结晶学
作者
Xue Jiang,Chaoqian Lou,Hua Feng,Haibo Deng,Xiuzhi Tian
出处
期刊:Journal of Cleaner Production [Elsevier BV]
卷期号:251: 119749-119749 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.jclepro.2019.119749
摘要

Abstract The modified cellulose nanocrystals (CNCs) are expected to achieve fast and efficient decolorization of colored effluents. In this study, CNCs were surface-modified by grafting polymerization of acryloyloxyethyltrimethyl ammonium chloride (AETMAC) with the initiator of ceric ammonium nitrate (CAN). The optimum scheme to synthesize poly acryloyloxyethyltrimethyl ammonium chloride) (PAETMAC)-grafted CNCs (PAETMAC-g-CNCs) with the highest cationicity of 31.2% was determined from the orthogonal test as 4/1 (w/w) of AETMAC/CNCs, 0.01 mg/L of CAN, 50 °C and 5 h. Zeta potential, particle size, FT-IR and 13C-NMR characterizations manifested the successful introduction of PAETMAC on CNCs. XRD proved the same cellulose I of PAETMAC-g-CNCs as CNCs. As new eco-friendly flocculants, PAETMAC-g-CNCs were tested to decolorize 100 mg/L of neutral reactive blue 19 (RB 19) solutions. The results show that the higher the cationicity of PAETMAC-g-CNCs is, the less amount is needed for getting the maximum color removal. The widest flocculation window from 30 to 100 mg/L is acquired using PAETMAC-g-CNCs2 with the medium cationicity of 21.1%. Moreover, PAETMAC-g-CNCs2 is less sensitive to the pH and ion concentration of dye solutions due to its increased colloidal stability in electrolytes, acids and/or bases. It can work on a wide pH range and is applicable to treat high salt concentration effluents. The color removal efficiency is over 80% at pH 3–9 and NaCl concentration up to 60 g/L. The high crystallinity of PAETMAC-g-CNCs2 and the PAETMAC grafts promote the growth of dye-containing flocs and accelerate the flocs’ precipitation. PAETMAC-g-CNCs2 can rapidly decolorize the RB 19 solutions, which is desirable for industrial applications.
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