DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.131312

目前，迫切需要开发出可持续、可再生且环保的吸附剂来处理水中的重金属。在当前研究中，通过在壳聚糖相互作用基质存在下将酵母固定在甲壳素纳米纤维上，制备了一种绿色混合气凝胶。采用低温冷冻技术构建了一种用于加速Cd（II）溶液扩散的3D蜂窝结构，其中包含具有优异可逆压缩性和丰富水传输途径的混合气凝胶。这种3D混合气凝胶结构提供了丰富的结合位点来加速Cd（II）的吸附。此外，酵母生物质的加入增强了混合气凝胶的吸附能力和可逆湿压缩。利用Langmuir和拟二阶动力学研究了单层化学吸附机理，最大吸附容量为127.5mg/g。与废水中共存的其他离子相比，混合气凝胶对Cd（II）离子表现出更高的兼容性，并在连续四次吸附-解吸循环后表现出更好的再生潜力。XPS和FT-IR表明，络合、静电吸引、离子交换和孔隙截留可能是Cd（II）去除的主要机理。这项研究提出了一种高效、绿色合成杂化气凝胶的新途径，且该气凝胶可持续地用作去除废水中Cd（II）的优良净化剂。

图1.（a）显示了甲壳素/壳聚糖-酵母杂化气凝胶（CNF-Y3）的制备过程和提出的相互作用机制的示意图。（b）使用不同模具制备的CNF-Y3的数码照片。（c）甲壳素纳米纤维（CNs）分布直方图。（d-f）CNF-Y3在不同放大倍数下的SEM图像，（d）中插图显示了孔壁厚度。（g）CNC-Y3的孔分布直方图。（h）气凝胶的孔隙率和密度。

图2.（a）循环压缩CNF-Y3的数字照片。（b）CNC-Y0、CNC-Y1、CNC-Y3和CNC-Y5（最大应变为80%）的应力-应变循环曲线，（c）在干燥条件下的弹性模量和压缩应力，以及（e）在潮湿条件下的弹性模量和压缩应力。（f）对CNC-Y3的循环加载-卸载。（g）CNC-Y3在潮湿条件下循环10次的塑性变形。

图3.（a）CNC-Y0、CNC-Y1、CNC-Y3和CNC-Y5在不同pH下的去除效率。（b）剂量和（c）接触时间对CNC-Y3吸附容量的影响。（d）具有不同Cd（II）浓度的伪二阶线性模型。（e）不同温度下的吸附等温线和（f）Langmuir等温线的拟合结果。

图4.（a）竞争离子对CNC-Y3吸附去除Cd（II）的影响。（b）CNC-Y3对Cd（II）的循环吸附。（c）吸附Cd（II）后CNC-Y3的EDX图谱和（d）FT-IR光谱。

图5.（a）吸附Cd（II）前后CNC-Y3气凝胶的XPS光谱。高分辨率（b）Cd3d、（c）N1s、（d）O1s和（e）P2p光谱。（f）CNC-Y3捕获Cd（II）的可能吸附机理。