SDS和NaOH改性壳聚糖水凝胶高效去除阴离子染料的机理研究：结构优化、吸附性能与协同作用机制

针对传统吸附剂对复杂染料废水处理效率低下的问题，本研究创新性地采用十二烷基硫酸钠(SDS)和氢氧化钠(NaOH)改性壳聚糖(CS)水凝胶，成功开发出具有核壳结构的CNS水凝胶，其对阴离子活性红X-3B的饱和吸附容量达1834.04 mg/g，并兼具Cu2+吸附能力(146.64 mg/g)，揭示了静电-配位协同作用机制，为复杂废水多污染物协同处理提供了新思路。

　　

随着工业化和城市化进程加速，全球每年产生约6万吨含染料废水，其中30%未经处理直接排放。这些废水具有难降解、高色度、高盐度和高毒性等特点，不仅降低水体透光率和溶解氧，还会通过食物链威胁人类健康。传统吸附剂如活性炭存在吸附容量低、选择性差等问题，而普通壳聚糖(Chitosan, CS)水凝胶在强酸性条件下易降解，严重制约其实际应用。针对这些挑战，天津某研究机构的研究人员创新性地开发了两种改性壳聚糖水凝胶，相关成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》。

研究团队采用十二烷基硫酸钠(Sodium dodecyl sulfate, SDS)凝胶法和氢氧化钠(NaOH)后修饰技术，分别制备了CSS和CNS两种水凝胶。通过系统优化制备参数，结合FTIR、XRD、SEM等表征手段，阐明了材料形成机制与结构特征。吸附实验考察了pH、温度等因素对去除活性红X-3B(Reactive Red X-3B)的影响，并通过动力学和热力学分析揭示了吸附机理。

Forming mechanism部分揭示了材料构建原理：在醋酸中质子化的壳聚糖通过静电作用与SDS自组装形成CSS水凝胶，而NaOH处理诱导的物理-化学双交联网络使CNS形成独特的核壳结构。Materials and methods部分显示，CNS的比表面积达47.85 m²/g，具有2 nm介孔和0.23 cm³/g孔体积，为染料吸附提供了丰富位点。

Results and discussion部分的重要发现包括：(1)CSS在强酸条件(pH=2)下保持94%质量稳定性，而CNS因NaOH交联网络展现出更优的pH适应性；(2)CNS对活性红X-3B的饱和吸附容量达1834.04 mg/g，远超CSS(123.01 mg/g)和多数报道的CS基吸附剂；(3)吸附过程符合伪二级动力学和Langmuir模型，表明以化学吸附为主；(4)温度从25°C升至45°C时，CNS吸附量下降21.3%，证实放热吸附特性；(5)CNS对Cu²⁺的吸附容量达146.64 mg/g(初始浓度100 mg/L)，展现出多污染物协同去除潜力。

Conclusion部分总结了研究的三大创新点：一是通过NaOH诱导的双重交联策略解决了传统CS水凝胶酸性不稳定的难题；二是核壳结构设计创造了1834.04 mg/g的创纪录吸附容量；三是揭示了静电-配位协同作用机制，为复杂废水处理提供了新思路。该研究不仅为染料废水处理提供了高性能吸附剂，其绿色温和的制备工艺(避免有毒交联剂)也符合可持续发展理念。

这项工作的科学价值在于：(1)通过分子尺度设计实现了材料性能的突破；(2)阐明了多污染物协同去除的界面作用机制；(3)为其他生物基吸附剂的开发提供了范式。未来研究可进一步探索水凝胶在真实工业废水中的长期稳定性和再生性能，推动其实际应用。