Biobased Nanographene Oxide Creates Stronger Chitosan Hydrogels with Improved Adsorption Capacity for Trace Pharmaceuticals

自愈水凝胶 壳聚糖 吸附 化学工程 材料科学 纤维素 水热碳化 纳米纤维 选择性吸附 碳化 化学 高分子化学 有机化学 纳米技术 工程类
作者
Zhaoxuan Feng,Antonio Simeone,Karin Odelius,Minna Hakkarainen
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:5 (12): 11525-11535 被引量:66
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.7b02809
摘要

A promising green strategy for the fabrication of fully biobased chitosan adsorbents for wastewater purification is presented. Nanographene oxide (nGO)-type carbon dots were derived from chitosan (nGOCS) or from cellulose (nGOCL) through a two-step process including microwave-assisted hydrothermal carbonization and oxidation. Finally, nGO were evaluated as biobased property enhancers in chitosan hydrogel adsorbents. Macroporous chitosan hydrogels were synthesized by cross-linking with genipin, and the incorporation of nGO into these hydrogels was shown to facilitate the cross-linking reaction leading to more robust 3D cross-linked networks. This was evidenced by the increased storage modulus and by the swelling ratio that decreased from 5.7 for pristine chitosan hydrogel to 2.6 for hydrogel with 5 mg/mL nGOCS and 3.3 for hydrogel with 5 mg/mL nGOCL. As a further proof of the concept the hydrogels were shown to be effective adsorbent for the common anti-inflammatory drug diclofenac sodium (DCF). Here, the addition of nGO promoted the DCF adsorption process leading to 100% removal of DCF after only 5 h. The synergistic effect of electrostatic interactions, hydrogen bonding, and π–π stacking could explain the high adsorption of DCF on the hydrogels. The developed biobased CS/nGO hydrogels are thus promising adsorbents with great potential for purification of trace pharmaceuticals from wastewater.
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