点击左上角“MDPI化学材料”关注我们，为您推送更多最新资讯。

引  言

目前，废水处理中常见的离子提取回收技术仍然依赖于填充了表面功能化聚合物微球的离子交换柱。为避免这一将大量的水抽过离子交换柱的能源密集型过程，来自罗马尼亚 Petru Poni 高分子化学研究所的 Andrei Honciuc 与苏黎世应用科学大学的 Oliver Pauli 在 Nanomaterials 发表了论文，报道了一种基于 Pickering 乳液的新型材料——能够漂浮在水面上的纳米结构石蜡微球 (基于 Pickering 乳液技术的设计)，其中 Janus 纳米颗粒 (Janus Nanoparticles, JNPs) 既可作为乳液稳定剂又可作为配体载体。

作者首先使熔融蜡在水中乳化，在冷却的过程中，功能化 JNPs 的支链聚乙烯亚胺 (branched Polyethylenimine, bPEI) 被捕获在熔融蜡/水界面处，形成用纳米颗粒修饰的微球或胶体。通过功能化 JNPs 修饰的石蜡胶体能够漂浮在水面上，并对 Cr(VI)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II) 和 Zn(II) 表现出很高的金属离子萃取能力 (图 1)。最后，作者进行循环实验，表明离子可以从胶体中回收，并且经过几个提取周期后萃取能力几乎不受影响。

图 1. (A) 用于合成熔融蜡胶体体和用功能化的 JNPs 装饰的微球；(B) 从正常 pH 值的废水中提取离子和在酸性水中回收离子。

研究过程与结果

JNPs 和蜡质胶体的合成

JNPs 的合成及功能化如图 2 所示。胶体由石蜡和 10% bPEI 改性的 JNPs 组成，作者通过超声处理将熔融蜡在 JNPs 的水悬浮液中乳化，然后快速冷却，随后对洗涤的胶体进行 SEM 表征 (图 3)，胶体的平均直径为 d = 15.8 ± 0.3 μm。

图 2. JNPs、JNP-CN 的合成，以及转化为 JNP-COOH 和 JNP-bPEI 的过程。

图 3. 用 4mL JNP-bPEI 获得的蜡胶体。

 JNP 提取金属离子

作者使用 2 ml 的 JNP-bPEI 萃取金属离子：Cr(VI)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II) 和 Zn(II)，萃取金属离子后的颜色变化如图 4 所示。接着，作者采用离子体发射光谱法分析上清液中金属离子的浓度，并与初始浓度进行比较 (图 5)。接着，对 Cu(II) 重复整个过程两到五次，在第一个循环后降低约 25%，在之后的四个循环中 JNP-bPEI 的萃取能力保持不变。

图 4. 萃取金属离子和离心后的照片。

图 5. 萃取金属离子的能力 q_e (实心条) 和回收能力 q_r (虚线条)。

此外，作者还研究了同源系列 JNPs 对 Cr(IV) 和 Cu(II) 的金属离子萃取和回收性能。每种技术萃取金属离子的能力随着颗粒材料配体承载能力的降低而降低，顺序如下：离子印迹聚合物 (Ion Imprinted Polymer, IIP) > 核壳 IIP 表面固定配体 > 表面固定配体和配体刷 > 离子交换剂和生物质。

 JNP 修饰的胶体提取金属离子

JNP 和 JNP 修饰胶体的最大优点是能将它们用于界面提取技术，因为其易于从水面展开、收集和回收，并能重新展开在水面上以用于后续的金属离子提取/回收。作者利用它们萃取 Cu(II)，图 6A 显示了从 10 mM Cu(II) 溶液中连续三个循环的萃取效率。在另一项实验中，作者用 3 ml 的 JNP-bPEI 修饰的 6 g 蜡胶体放置在 Cu(II) 的水溶液上。经过短暂的摇晃使纳米颗粒润湿，结果显示，离子在一夜之间几乎完全被萃取。在第一个提取周期后，溶液中 Cu 的浓度降低到 4 mM，在第二个提取周期后，Cu(II) 的浓度进一步降低到 0.3 mM。此外，Cu(II) 金属离子提取前后胶体的颜色从白色变为蓝色 (图 6B, C)。

图 6. (A) JNP-bPEI 的蜡胶体提取 Cu(II) 的性能；(B) 6 g 的白色胶体漂浮在 10 mL 蓝色 10 mM Cu(II) 溶液的表面；(C) 适量的胶体提取溶液后，前者变为无色，而后者呈现亮蓝色。

最后，作者采用 JNP-bPEI 和 JNP-bPEI 修饰的蜡胶体对 Cr(VI) 进行了提取和回收。结果表明，将 JNP-bPEI 掺入蜡中不会影响它们与离子的相互作用力 (图 7)。需要注意的是，胶体样品需要以 150 rpm 的速度在机械振荡器上旋转过夜，以确保表面完全润湿。否则，胶体的低密度和轻微的疏水性会阻止整个材料的润湿对结果造成影响。

图 7. JNP-bPEI 与用其制备的胶体的 q_e (填充条) 和 q_r (虚线条) 比较。

总结讨论

JNP-bPEI 具有两亲性和萃取金属离子的能力，两亲性的 JNP-bPEI 可以作为独立的离子提取剂从水中萃取金属离子，还能作为熔融蜡的乳化剂，以产生一种新型载体漂浮在水面上萃取金属离子。在未来的工作中，应进一步研究 JNP-bPEI 修饰蜡胶体的长期稳定性，还应尝试扩大制备程序，以便在工业规模上进行生产。

识别二维码，

阅读英文原文。

原文出自 Nanomaterials 期刊

Pauli, O.; Honciuc, A. Extraction of Metal Ions by Interfacially Active Janus Nanoparticles Supported by Wax Colloidosomes Obtained from Pickering Emulsions. Nanomaterials 2022, 12, 3738.

   Nanomaterials 期刊介绍

主编：

Shirley Chiang, University of California Davis, USA

期刊主题涵盖纳米材料 (纳米粒子、薄膜、涂层、有机/无机纳米复合材料、量子点、石墨烯、碳纳米管等)、纳米技术 (合成、表征、模拟等) 以及纳米材料在各个领域的应用 (生物医药、能源、环境、电子信息等) 等。

长按识别二维码，

订阅 Nanomaterials 期刊最新资讯。

MDPI 特约撰稿人

张清云 博士研究生

北京交通大学

精选视频

往期回顾

Nanomaterials：中科院长春光机所刘可为研究员领衔特刊——用于光电器件应用的非晶及纳米结构材料 | MDPI 特刊征稿

对话Nanomaterials期刊编委——美国国家发明家科学院院士陈伟教授 | MDPI 人物专访

版权声明：

本文由MDPI特约撰稿人翻译撰写，文中涉及到的论文翻译部分，为译者在个人理解之上的概述与转达，论文详情及准确信息请参考英文原文。本文遵守 CC BY 4.0 许可 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。如需转载，请于公众号后台留言咨询。

由于微信订阅号推送规则更新，建议您将“MDPI化学材料”设为星标，便可在消息栏中便捷地找到我们，及时了解最新开放出版动态资讯！

点击左下方“阅读原文”，免费阅读英文原文。

喜欢今天的内容？不如来个 "三连击" ☞【分享，点赞，转发】