热改性壳聚糖铝污泥对水中微塑料的吸附性能与机制研究

本文开发了一种新型复合吸附剂HC-ALS（热改性壳聚糖铝污泥），通过FT-IR、BET等表征证实其比表面积提升至256.81 m2/g，对聚乙烯微塑料（PE-MPs）的吸附量达2.67 mg/g，吸附过程符合伪二级动力学模型和Langmuir模型，揭示了配位键/氢键主导的化学吸附机制。该研究为铝污泥资源化利用和微塑料污染控制提供了低成本高效技术路径。

　　

亮点

通过高温煅烧和壳聚糖修饰成功制备的HC-ALS复合材料，展现出显著增强的微塑料捕获能力，其独特的表面功能基团（如氨基和羟基）与微塑料之间形成多重相互作用网络。

材料与试剂

本研究所用铝污泥（ALS）取自中国西安市乐游原水厂。原始ALS样品经自然风干、机械粉碎、过200目筛后，于常温常压下保存备用。壳聚糖（C₆H₁₁NO₄，分析纯）和冰醋酸（CH₃COOH，分析纯）购自国药集团化学试剂有限公司。聚乙烯微塑料（PE-MPs）为实验提供核心吸附目标物。

FT-IR分析

傅里叶变换红外光谱（FT-IR）用于评估ALS经热改性和壳聚糖修饰后官能团的变化。图1展示了ALS、H-ALS、HC-ALS及CS的光谱图。在ALS光谱中，3447 cm^-1处的吸收峰归因于O-H伸缩振动；1358 cm^-1和1604 cm^-1处的峰表明含氧官能团的存在——1358 cm^-1可能对应C-O或COO^-的对称伸缩振动，而1604 cm^-1则代表分子间相互作用的特征信号。改性后的HC-ALS在关键区域出现氨基特征峰，证实壳聚糖成功接枝。

结论

本研究制备的HC-ALS展现出优异的微塑料吸附性能。高温煅烧有效去除ALS中有机杂质并暴露活性位点，后续壳聚糖修饰引入氨基（-NH₂）和羟基（-OH）官能团。FT-IR、BET、Zeta电位及TG-DTG表征共同表明：HC-ALS具有高比表面积（256.81 m²/g）、大孔容（0.393 cm³/g）及增强的表面正电荷密度，这些特性协同促成了其对微塑料的高效捕获。吸附机理研究显示，配位键与氢键主导的化学吸附是核心作用力，而静电吸引和疏水相互作用则实现污染物的初始捕获。经历210°C热再生后，HC-ALS在5次循环中仍保持40%以上的去除率，凸显其可持续应用潜力。