مدولاسیون توان و قدرت جذب هیدروژل های کربوکسی متیل سلولز در حضور سطوح سرب

یک شبکه پلیمری سه بعدی آبدوست که توانایی جذب مقدار زیادی آب را نشان می دهد به عنوان هیدروژل شناخته می شود. در ادبیات اخیر، هیدروژل ها پتانسیل را در زمینه های مختلف صنعتی، مانند لوازم آرایشی، مواد غذایی، و مهندسی بافت نشان داده اند. آنها همچنین در زمینه تحویل دارو و ژن، با توجه به به دام افتادن و انتشار کنترل شده بعدی، مهم هستند. یکی از معایب اصلی هیدروژل‌ها نگرانی در دسترس‌پذیری زیستی و زیست تخریب‌پذیری آن‌ها است.

هیدروژل های کربوکسی متیل سلولز

با در نظر گرفتن این موضوع، پلیمرهای زیستی در سنتز هیدروژل به عنوان یک منبع تجدیدپذیر با زیست سازگاری و ویژگی های سازگار با محیط زیست اهمیت پیدا می کنند. کربوسی متیل سلولز یک پلیمر زیستی با طبیعت سازگار با محیط زیست و زیست سازگاری به عنوان دو ویژگی کلیدی است که مسئول کاربردهای گسترده این ماده شگفت انگیز است. در میان بسیاری از مشتقات سلولز، متیل سلولز سدیم (NaCMC) و ترکیبات هیبریدی NaCMC مانند NaCMC-HEC (هیدروکسی اتیل سلولز) حساسیت به قدرت یونی و pH نشان می دهد. یکی از معایب استفاده از NaCMC به عنوان هیدروژل، حل شدن آن در آب نگهداری شده برای مدت زمان طولانی است.

برای غلبه بر این مشکل، محققان روش های زیادی را برای حفظ استحکام ژل در طول استفاده امتحان کرده اند. قرار دادن نانوذرات CdS (سولفید کادمیوم) تثبیت شده با گلیسرول در لایه‌های نشاسته، ترکیب نانوذرات (طلا) در لایه‌های BSA (آلبومین سرم گاوی) استحکام کششی و انعطاف‌پذیری چنین سیستم‌هایی را افزایش می‌دهد. علاوه بر نانو ذرات، پیوندهای متقاطع آلی/غیر آلی مختلف برای تقویت ژل‌ها مورد بررسی قرار گرفته‌اند. Seki و همکاران، اسید مالیک و اسید فوماریک را به عنوان پیوند دهنده در لایه‌های NaCMC-HEC مورد بررسی قرار دادند و گزارش کردند که با افزایش غلظت پیوندهای متقاطع، لایه‌ها در آب نسبت به انحلال پایداری نشان می‌دهند.

با این حال، با افزایش غلظت پیوند متقاطع، ژل به استحکام می رسد اما تجزیه پذیری زیستی حیاتی آن را از دست می دهد. برای حفظ طبیعت سازگار با محیط زیست هیدروژل، استفاده از پیوندهای زیست تخریب پذیر ضروری است.

در راستای این تلاش، ما سعی کردیم استحکام هیدروژل کربوکسی متیل سلولز را از طریق پیوند متقابل کووالانسی به دلیل اوره و پیوند یونی با استفاده از سورفکتانت‌های جمینی با پیوند استری زیست تخریب‌پذیر افزایش دهیم. درج یک سورفکتانت جمینی در ستون فقرات پلیمری CMC یک دامنه آبگریز در بین فیبرهای پلیمری ایجاد می کند. این ترکیب می تواند منجر به مزیت استفاده از ژل های سورفکتانت CMC-gemini در تحویل و به دام افتادن مولکول های آبگریز شود.

هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای (PAHs) جزو دسته «آلاینده‌های آلی پایدار» (POPs) هستند، زیرا پایدار هستند، ویژگی‌های سمی دارند، مستعد انتقال و رسوب طولانی‌مدت جوی هستند، در معرض تجمع زیستی هستند و می‌توانند منجر به محیطی نامطلوب شوند. آنها به عنوان آلاینده های آلی محیطی توجه زیادی را به خود جلب کرده اند زیرا برخی از این ترکیبات بسیار سرطان زا یا جهش زا هستند. رویکرد SER مقرون به صرفه است و در درجه اول به موارد زیر بستگی دارد: حل شدن مایسل و تحرک مایع فاز غیر آبی محبوس شده (NAPL)، اثربخشی یک فرآیند SER به انتخاب سورفکتانت مناسب (به حداقل رساندن تلفات جذب)، مقبولیت محیطی و تعادل بیولوژیکی بستگی دارد.

اگرچه پیشرفت قابل توجهی از سورفکتانت ها در SER وجود دارد، اما  نگرانی های مربوط به سمیت آبزیان استفاده عملی از این سیستم ها را محدود می کند. بنابراین، سنتز سیستم های سورفکتانت زیست تخریب پذیر و سازگار با محیط زیست و مطالعه ظرفیت جذب آنها نسبت به PAH ها ارزشمند است. رویکرد اصلاحی به حداقل رساندن تحرک PAH ها را می توان از طریق جذب به یک سیستم پلیمر-سورفکتانت غیر متحرک بررسی کرد. برای حذف غلظت‌های پایین آلاینده‌های آلی از محلول‌های آبی، جذب به عنوان یکی از تکنیک‌های مؤثر در نظر گرفته می‌شود.

نتیجه گیری

در اینجا، ما ویژگی‌ها و ارزیابی رئولوژیکی یک هیدروژل سورفکتانت CMC-gemini جدید سنتز شده را گزارش کرده‌ایم که برای کاربرد در جذب PAHs طراحی شده است. هیدروژل‌های سورفکتانت CMC-gemini در سیستم حلال اوره سنتز شدند. مطالعات FT-IR تأیید کرد که اوره پیوند کووالانسی را بین زنجیره‌های پلیمری و سورفکتانت جمینی ایجاد می‌کند که با پیوند فیزیکی یا یونی به ستون پلیمری مرتبط است.

مطالعات SEM نشان می‌دهد که سطح هیدروژل CMC در حضور سورفکتانت‌های جمینی فشرده می‌شود. مطالعات تورم شواهدی از pH و حساسیت هیدروژل‌ها به نمک ارائه کردند. ظرفیت تورم با افزایش pH محلول افزایش یافت. ظرفیت تورم هیدروژل های سورفکتانت CMC در محلول شور کاهش یافت. علاوه بر این، ظرفیت تورم نیز به نوع سورفکتانت و غلظت سورفکتانت بستگی دارد.

بررسی های رئولوژیکی نشان می دهد که افزودن سورفکتانت ها منجر به افزایش استحکام ژل و دمای ژل شدن (پایداری حرارتی) هیدروژل CMC می شود. با این حال، در غلظت های بالاتر از سورفکتانت ها، مدول الاستیک (G’) کاهش می یابد. رفتار ارتجاعی سیستم های هیدروژل CMC-urea+ 16-E2-16 بیشتر از هیدروژل های CMC-urea+ 14-E2-14 است. قرار دادن سورفکتانت جمینی در زنجیره پلیمری CMC باعث افزایش کارایی آنها در به دام افتادن PAH ها می شود. ظرفیت جذب سیستم‌های سورفکتانت CMC-urea+ برای PAHها به ماهیت و غلظت سورفکتانت بستگی دارد که به ابعاد هسته میسلی و آبگریزی سورفکتانت‌ها نسبت داده می‌شود.