热改性壳聚糖铝污泥复合材料高效吸附水中聚乙烯微塑料的机理与性能研究

本文开发了一种新型吸附剂HC-ALS（热改性壳聚糖铝污泥），通过高温煅烧去除杂质并引入氨基/羟基官能团，显著提升对聚乙烯微塑料（PE-MPs）的吸附性能（去除率51.61%）。研究揭示了其通过静电吸引、氢键和配位作用的多机制吸附路径，为废弃铝污泥资源化与微塑料污染控制提供了低成本高效技术方案。

　　

亮点

FT-IR分析

通过FT-IR光谱评估了铝污泥（ALS）经热改性和壳聚糖修饰后的官能团变化。图1展示了ALS、H-ALS（热改性铝污泥）、HC-ALS及壳聚糖（CS）的光谱。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代表羟基或羧基的振动模式。经壳聚糖修饰后，HC-ALS在1550 cm^-1附近出现明显氨基（-NH₂）特征峰，证实成功引入活性官能团。

结论

本研究制备的HC-ALS展现出优异的微塑料吸附性能。高温煅烧有效去除了ALS中的有机杂质并暴露活性位点，后续壳聚糖修饰进一步引入氨基（-NH₂）和羟基（-OH）官能团。通过FT-IR、BET比表面积分析、Zeta电位及热重-微分热重（TG-DTG）表征表明，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，显著促进了其对聚乙烯微塑料（PE-MPs）的捕获能力。吸附过程符合伪二级动力学模型（R² > 0.99）和Langmuir等温模型（R² > 0.99），主导机制为配位键与氢键化学吸附。HC-ALS在210°C热再生后循环5次仍保持40%以上去除率，凸显其工程应用潜力。该研究为铝污泥固废资源化与水生环境微塑料污染治理提供了创新材料解决方案。