1.研究背景

在纺织业蓬勃发展的背景下，印染部门是一个关键但又具有环境挑战性的部门，同时产生大量的经济价值并造成环境退化。来自该工业的废水被大量染料严重污染，对水生生态系统和人类健康构成严重威胁，尤其是在未经处理或管理不当的情况下。为了应对这一困境，各种补救策略包括物理、化学并且已经探索了生物学方法。吸附法由于其简单程序、可负担性以及在以下方面的卓越效率，因此，开发新的、高效的、成本有效的和环境可持续的吸附材料是必要的。

闽南师范大学张林宇教授团队在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊（IF=7.7）上发表了题目为“Hydrogels  comprising  oxidized  carboxymethyl  cellulose  and  water-soluble chitosan  at  varied  oxidation  levels:  Synthesis,  characterization,  and adsorptive  toward  methylene  blue”的文章（DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.134351)，文章探索了对亚甲基蓝的吸附性能研究。水凝胶具有复杂的三维聚合物网络，在保水性和生物相容性方面表现出色，使其成为环境清洁应用的理想候选者。

文章中测量水凝胶的流变特性的仪器就是我们上海保圣的RH-20流变仪，那么具体操作方法是什么呢？

2.研究方法

水凝胶的流变性能测试

通过振荡流变仪研究了WSC/42%OCMC、WSC/56%OCMC和WSC/66%OCMC水凝胶的流变特性。图中示出了当恒定应变振幅为5%且温度为25℃时的频率扫描结果。在低频范围内，储能模量（G′）超过损耗模量（G″）。表明在水凝胶中主要是弹性行为。该发现表明水凝胶具有强分子间相互作用的结构良好的网络，导致主要的弹性响应。然而，当频率接近大约8Hz时，（G′）超过（G″），表明向更具粘性的行为转变。这种粘弹性的变化是由于水凝胶网络结构在较高频率下的破坏，这导致降低的弹性和增加的粘性耗散。随着频率的增加，所有三种水凝胶的（G′）逐渐下降，而（G″）上升。该观察证实了水凝胶网络结构的重排和交联点的破坏，导致弹性降低和粘度增加。在图中示出了在8Hz的频率和5%的恒定应变振幅下的温度扫描的结果。在整个温度范围内（25–80◦C）对于所有三种水凝胶，（G′）保持高于（G″），确认其主要的弹性性质，并将其表征为理想的胶体凝胶。随着温度的升高，观察到（G′）略有增加，这可归因于增强的分子运动促进了内部结构重排，紧凑有序结构。相反，随着温度的增加，观察到（G′）略微降低，这可能是由于形成了更有序和稳定的分子结构，减少了变形过程中的能量耗散。比较三种水凝胶的流变性能，可以明显看出，随着OCMC氧化程度的增加，（G′）略有下降。这种趋势可以用交联密度随OCMC氧化程度的增加而增加来解释，这增强了水凝胶的硬度但降低了其弹性。增加的交联密度限制了聚合物链的流动性，导致更刚性的结构，表现出降低的弹性。这一观察结果与TPA得出的结果一致，进一步证实了OCMC的氧化程度对水凝胶机械性能的影响。

WSC/OCMC水凝胶的流变性能

3.结论

在本研究中，使用水成功地合成了水凝胶。

可溶性壳聚糖（WSC）和氧化羧甲基纤维素（OCMC）通过冻融法进行不同程度的氧化。随着OCMC氧化程度的提高，更多的羟基被氧化为醛基，促进WSC和OCMC之间的分子间相互作用。这导致具有较大孔的水凝胶结构，这有助于改善机械性能。结构表征证实了WSC、OCMC和水凝胶的成功合成。SEM分析显示水凝胶具有相互连通的多孔结构，氧化程度越高，凝胶网络越致密。TGA分析表明，WSC的水溶性增强导致其热稳定性略有下降。同时，醛基的引入也降低了OCMC的热稳定性。然而，不同氧化程度的OCMC并没有显著改变OCMC的总体热分解行为

水凝胶溶胀测试显示较高氧化水平的OCMC提高了水凝胶网络内的交联密度，从而阻碍水分子渗透并随后降低溶胀能力。力学性能测试表明，随着OCMC氧化程度的增加，水凝胶中交联点的数量增加，导致聚合物链之间更紧密的结合，从而增强了网络结构的刚性，硬度从3.01 N至6.16 N。流变表征进一步证实，这些水凝胶主要是弹性的，并表现出理想的胶体凝胶行为。此外，吸附试验表明，WSC/66%OCMC水凝胶对亚甲基蓝的吸附量为28.08mg/G。吸附动力学符合化学吸附为主的过程，符合准二级动力学模型。吸附等温线遵循多层吸附模式，符合Freundlich吸附等温式。