2024年2月，国际期刊《International Journal of Biological Macromolecules》在线发表题为“Floatable and magnetic MoS2/NiFe2O4/chitosannanocomposite integrated melamine sponges with hybrid photothermal and photocatalytic enhancement for pollutant removal”的研究论文，该研究主要以壳聚糖为吸附剂和粘合剂，MoS2和NiFe2O4为光催化剂，三聚氰胺海绵为支撑材料，制备了悬浮磁性MoS2/NiFe2O4/chitosan集成三聚氰胺海绵(m-MoS2/CS@MS)，为可持续清洁的壳聚糖基材料的实际应用提供了新的思路。台州学院蒋茹副教授、朱华跃教授和浙江工商大学王齐教授为共同通讯作者。《International Journal of Biological Macromolecules》期刊2024年6月影响因子为7.7，在中科院JCR最新升级版分区表中，该刊分区信息为大类学科化学1区。研究所有天然大分子的化学和生物学方面，介绍了关于蛋白质、大分子碳水化合物、糖蛋白、蛋白聚糖、木质素、生物多聚体酸和核酸。
第一作者：肖梅
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磁性壳聚糖基材料具有良好的吸附-光催化和磁学性能，在废水处理方面具有很大的应用前景。该文以壳聚糖为吸附剂和粘合剂，MoS2和NiFe2O4为光催化剂，三聚氰胺海绵为载体材料，制备了一种漂浮型磁性MoS2/NiFe2O4/壳聚糖一体化三聚氰胺海绵( m-MoS2/CS@MS )。m-MoS2/CS@MS具有丰富的轻水-空气相互作用界面，可以漂浮在水面上。随着MoS2和NiFe2O4纳米粒子的引入，m-MoS2/CS@MS的光吸收显著增加了55.77 %。m-MoS2/CS@MS在不同共存无机盐( Cl-、SO42-)和水基质(超纯水、自来水、湖水、矿泉水)条件下以及在pH = 2 ~ 10时均能有效去除刚果红染料。m-MoS2/CS@MS具有优异的光催化降解能力，在模拟太阳光照射下达到98.88 %的降解率。此外，m-MoS2/CS@MS复合材料表现出优异的稳定性，方便的磁性回收性能，可重复使用性以及在不同条件下对染料废水处理的适用性。本研究为可持续和清洁的壳聚糖基材料的实际应用提供了新的见解。
有机染料广泛应用于纺织、印刷、皮革、塑料、造纸等行业。据估计，纺织工业每年消耗超过10000吨染料，每年约有100吨染料被排放到废水中。它们不容易被生物降解，往往具有较高的颜色含量，对水生环境和公众健康构成重大威胁。各种处理技术被开发并用于去除废水中的染料，如混凝，吸附，膜分离，电化学氧化，光催化和芬顿反应等。
光催化在处理染料污染物方面表现出显著的优势，不仅因为其高效、环境友好，而且在实际应用中具有广泛的适用性和长期稳定性而备受青睐。光催化反应可以利用太阳能或人造光作为驱动力，通过激发催化剂表面的电子-空穴对产生强氧化性的自由基，从而实现污染物的有效去除且无二次污染。此外，光催化材料表现出广泛的选择性，可以针对不同类型的染料污染物进行定制。例如，TiO2被广泛用作光催化领域的先锋材料，但其较宽的禁带宽度使其量子效率较低。能够吸收广谱光(从紫外到红外)的光催化剂往往会产生一定的光热效应。由此产生的光热效应带动光催化剂周围温度的升高，有利于光催化反应的进行。开发能够捕获广谱光源的光催化剂是一个有意义的事。
二维( 2D )过渡金属二卤化物因其优异的稳定性和较大的比表面积，在光催化领域受到越来越多的关注。与TiO2相比，MoS2具有优异的热稳定性、更合适的窄带隙和优异的可见光吸收等显著特点，是一种在废水处理中极具吸引力和快速生长的二维材料。由于无辐射弛豫效应，MoS2层可以吸收90 %以上的太阳能( 200 ~ 2500nm)，实现了优异的太阳能光热转换效率。近年来，具有增强光热-光催化性能的MoS2基复合材料在海水淡化、污水净化和太阳能水蒸发等领域显示出巨大的应用潜力。Yang等利用具有垂直孔道的MoS2 / MXene /壳聚糖复合气凝胶作为太阳能蒸汽发生器，具有优异的光吸收( 96.58 % )。该气凝胶在一个太阳光下实现了约2.75 kg m-2h-1的稳定高效蒸发速率，这得益于孔壁上壳聚糖分子链上的- NH2和- OH亲水基团以及紧密排列的垂直孔道。在优化条件下，该蒸发器对重金属离子和有机染料的去除率分别可达99.9 %和100 %。因此，通过对MoS2进行掺杂或改性来拓宽光吸收、增强光热转换效率、提高光催化活性具有重要意义。
壳聚糖是从虾壳中提取的一种独特的天然碱性多糖，由β - ( 1→4)连接的2 -乙酰氨基- 2-脱氧糖- β - D -葡萄糖单元和β - ( 1 ~ 4)连接的2 -酰胺基- 2-脱氧糖- β - D -葡萄糖单元组成。值得注意的是，得益于其大量的自由羟基和氨基提供了活性吸附和螯合位点，壳聚糖基材料( CSbMats )可以成为同时吸附和光催化去除污染物的竞争性候选者。尽管CSbMats在去除染料化合物方面的有效性在之前的许多报道中得到了证实，但对于实际应用而言，传统的CSbMats仍然存在明显的局限性，例如难以回收、再生过程复杂、效率相对较低和适用范围窄等。
图3MS (a1-a3)、CS@MS (b1-b3)和m-MoS2/CS@MS (c1-c3)在不同放大倍数下的SEM图像，以及m-MoS2在不同放大倍数下的TEM图像(d1-d3)
图6 光催化前后m-MoS2/CS@MS的XPS光谱。m-MoS2/CS@MS的总XPS光谱(a)，S 2p (b)，Mo 3d (c)，Fe 2p (d)，Ni 2p (e)
图7 不同材料对CR溶液的光催化降解曲线(a)，L-H动力学拟合图(b)，在黑暗条件下吸附的吸附容量(qe)值(C)(C0 = 20mg L-1，t = 100 min，T = 25℃)，以及不同时间m-MoS2/CS@MS光催化CR溶液的吸收光谱的演变(插图:降解前后的CR溶液)(d)
图9 五次重复使用m-MoS2/CS@MS前后的XRD分析
图10 不同清除剂对m-MoS2/CS@MS催化降解CR的影响(a)，m-MoS2/CS@MS在甲醇分散体中DMPO-⋅O2的ESR谱(b)，m-MoS2/CS@MS光催化降解CR的可能机理(c)
以壳聚糖为吸附剂和粘合剂，MoS2和NiFe2O4为光催化剂，以三聚氰胺海绵为支撑材料，制备了一种漂浮型磁性MoS2/NiFe2O4/壳聚糖一体化三聚氰胺海绵( m-MoS2/CS@MS )。m-MoS2/CS@MS的光吸收率显著提高了55.77 %。壳聚糖不仅可以作为粘结剂和吸附剂，还可以作为电子载体，促进电子的转移。在模拟太阳光的照射下，m-MoS2/CS@MS在100 min内达到了98.88 %的最大去除率。在不同pH值( pH = 2 ~ 10)、共存无机盐( Cl- , SO42-)和水源(超纯水、自来水、湖水、矿泉水)条件下，m-MoS2/CS@MS均能有效去除CR。此外，捕获实验表明，· O2-在光催化过程中起着至关重要的作用。m-MoS2/CS@MS表现出优异的稳定性、方便的磁回收性能、可重复使用性及其在不同条件下对染料废水处理的适用性，使其在实际废水处理应用中具有高度的适用性和商业化前景。
Xiao M, Jiang R, Xu Z, et al. Floatable and magnetic MoS2/NiFe2O4/chitosan nanocomposite integrated melamine sponges with hybrid photothermal and photocatalytic enhancement for pollutant removal[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2024: 138965.
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撰稿：肖梅
编辑：环境与能源功能材料
肖梅（第一作者），资源与环境专业硕士研究生，研究方向为壳聚糖基复合光催化材料在水环境安全控制中应用研究，主持浙江省教育厅一般项目（专业学位专项）1项，参与浙江省自然科学基金项目1项。获国家奖学金和一等学业奖学金各1次，发表中科院1区期刊论文3篇，第一作者1篇和第二作者（导师第一作者）2篇，总引用22次。
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