基于废报纸再生纳米纤维素的可视化复合材料用于水体中Cu2+/Fe3+的传感与清除

研究人员针对采矿废水中Cu2+和Fe3+污染治理难题，从废报纸中可持续回收纤维素纳米材料（CNMs），通过固载新型荧光希夫碱配体（Saldach(Et3N+PF6?)2）构建固态可视化复合材料。该材料兼具重金属离子的快速检测与高效清除功能，为矿业废弃物管理提供经济环保的解决方案。

　　

随着工业化进程加速，采矿废水中的铜、铁等重金属污染已成为全球性环境难题。这些金属离子不仅威胁水生生态系统，还会通过食物链富集危害人类健康。传统检测方法依赖大型仪器，而处理技术往往成本高昂且产生二次污染。面对这一挑战，研究人员将目光投向废弃报纸——这种富含纤维素却常被焚烧处理的废弃物，试图从中提取高价值纳米材料，构建"检测-清除"一体化的环保解决方案。

为验证这一设想，研究人员开发了一种创新方法：首先从废报纸中回收纤维素纳米材料（Cellulose Nanomaterials, CNMs），随后通过固载新型荧光希夫碱配体（saldach(Et₃N⁺PF₆^?)₂, H₂L）制备固态复合材料。该材料展现出双重功能：既能通过肉眼可见的颜色变化实现Cu²⁺和Fe³⁺的现场快速检测，又能高效吸附清除这些重金属离子。相关成果发表在《REC: CardioClinics》上，为矿业废弃物管理提供了新思路。

研究采用多尺度表征技术：通过FTIR（傅里叶变换红外光谱）和NMR（核磁共振）确认希夫碱配体结构，ESI-MS（电喷雾电离质谱）验证其分子量；利用SEM（扫描电镜）和TEM（透射电镜）观察CNMs形貌，XPS（X射线光电子能谱）分析表面元素组成；结合DFT（密度泛函理论）计算阐明金属结合机制。

【材料制备与表征】
成功从废报纸中提取出直径20-50nm的纤维素纳米纤维，XRD显示其结晶度达65%。固载希夫碱后，复合材料比表面积提升40%，DLS（动态光散射）证实其在水相中分散稳定。

【选择性识别】
紫外可见光谱显示，该复合材料对Cu²⁺和Fe³⁺的检测限分别为0.15μM和0.23μM，不受其他常见金属离子干扰。DFT计算揭示配体中的亚胺氮和酚氧原子是关键结合位点。

【实际应用测试】
在模拟采矿废水中，材料对Cu²⁺/Fe³⁺的清除效率达95%以上，且经过5次循环后性能保持90%。可视化检测可在10分钟内完成，颜色变化与浓度呈线性关系。

该研究开创性地将废弃物升级再造为功能材料，其意义在于：1）建立废报纸高值化利用新途径；2）开发出集检测与清除于一体的便携式解决方案；3）通过理论计算阐明作用机制，为后续设计提供指导。这种"变废为宝"的策略不仅降低环保技术成本，更推动循环经济发展，对实现可持续发展目标具有示范意义。