水资源是人类赖以生存的重要生态资源。迄今为止，由于环境的不断恶化和淡水资源的严重短缺，先进的水净化技术已成为全球关注的焦点之一。近年来，纳米纤维素作为一种可持续发展的碳中性生物聚合物，不仅具有纤维素的特性，而且具有纳米材料的重要性质，包括大的比表面积、可定制的表面化学、优异的机械柔韧性、生物降解性和环境相容性。近期，江南大学纺织科学与工程学院魏取福教授、吕鹏飞研究员团队21级本科生在国际权威材料期刊《Carbohydrate Polymers》（IF= 10.7，一区Top）上发表题为“Nanocellulose-based functional materials towards water treatment”的重要综述文章，系统总结了纳米纤维素基功能材料在水处理中的应用及最新研究进展，从微/纳米颗粒过滤、染料/有机物吸附/降解、重金属离子吸附/检测、油水分离到海水淡化等。
纳米纤维素主要分为三大类：纤维素纳米纤维（CNFs）、纤维素纳米晶（CNC）和细菌纤维素（BC），它们是由d -吡喃葡萄糖基通过β- 1,4连接的线性大分子，其形态、大小等特征因原料、提取方法和加工条件的不同而不同。CNFs的直径一般为20-50nm，长度为500-2000 nm，从植物纤维素分离得到。CNC是通过酸、酶或氧化剂对天然纤维素（如藻类、植物和木材）的无定形区域进行选择性水解或氧化降解而提取得到。BC是由醋酸杆菌等细菌通过生物技术合成的具有三维纳米纤维网络结构的纤维素材料。与以往报道的相关文献不同，本文系统地介绍了三类纳米纤维素从来源、提取、化学改性到功能性水处理材料制备的全过程，并提供了许多典型案例。重点介绍了纳米纤维素材料的独特性能、工作机理及其在水处理领域的应用前景，包括微/纳米颗粒过滤、染料/有机物吸附/降解、重金属离子吸附/检测、油水分离及海水淡化等。在此基础上，对连续规模化制造技术进行了深入探讨。最后，综述了纳米纤维素基功能材料在环境净化领域的潜在应用、机遇和未来挑战，我们相信在纳米技术、化学和材料科学等多学科交叉融合下，纳米纤维素基水处理材料的商业化应用将加速，同时也将向空气净化/过滤和二氧化碳分离等新兴领域发展。论文第一作者分别为江南大学纺织科学与工程学院21级本科生焦晓辉、贾可丽和22级研究生于雅静，通讯作者为江南大学吕鹏飞研究员。本工作得到了国家自然科学基金和江南大学大学生创新创业训练计划等项目的资助。
论文信息：
Nanocellulose-based functional materials towards water treatment
Xiaohui Jiao, Keli Jia, Yajing Yu, Danyu Liu, Jingli Zhang, Kai Zhang, Huanda Zheng, Xiaohang Sun, Yingjia Tong, Qufu Wei, Pengfei Lv*
Carbohydrate Polymers
DOI：10.1016/j.carbpol.2024.122977
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122977
