基于CS-CMC复合凝聚絮凝剂的高效水体抗生素与浊度协同去除机制及性能研究

本研究开发了一种基于壳聚糖（CS）和羧甲基纤维素钠（CMC）的复合凝聚絮凝体系，通过原位自组装形成三维网络结构，显著提升水体中抗生素（如诺氟沙星NOR和四环素TC）和浊度的去除效率。其吸附机制涉及静电作用、氢键和π-π堆积等多重相互作用，为绿色水处理提供了高效环保的解决方案。

　　

Materials

本实验选用以下分析级试剂：壳聚糖（chitosan，脱乙酰度≥95%，粘度100-200 mPa·s）、羧甲基纤维素钠（sodium carboxymethyl cellulose，粘度800-1200 mPa·s）、诺氟沙星（norfloxacin, NOR）、四环素（tetracycline, TC）、高岭土、乙醇、腐殖酸（humic acid, HA）、冰醋酸、氢氧化钠和盐酸。所有试剂购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。实验用水为一次性制备超纯水。

Determination of the optimal complex coacervation conditions for chitosan/carboxymethyl cellulose sodium (CS-CMC)

当带正电的壳聚糖（CS，以-NH₃⁺为主）酸性溶液与带负电的羧甲基纤维素钠（CMC，以-COO^?为主）水溶液混合时，两种聚合物通过静电驱动自组装形成复合凝聚物，核心反应机制如下：

n CS-NH₃⁺ + m CMC-COO^? → [CS_n-CMC_m]↓

如图2(a)所示，在低pH条件下，壳聚糖（CS）的氨基（-NH₂）质子化为-NH₃⁺，与CMC的羧基（-COO^?）发生静电相互作用，形成不溶于水的复合物。通过电导率和Zeta电位分析优化了形成条件，发现pH=4.0时凝聚效果最佳，此时CS与CMC电荷中和，形成稳定的三维网络结构。

Conclusions

本研究通过复合凝聚技术成功开发出CS-CMC凝聚絮凝剂，其在去除水体抗生素和浊度方面表现卓越。该反应形成的三维网络结构优于传统线性絮凝剂，凸显了天然聚合物絮凝剂在水处理中的潜力。机理研究表明其涉及多重相互作用过程，包括静电吸附、氢键结合和π-π堆积等，其中NOR和TC的吸附分别符合伪二级动力学模型和颗粒内扩散模型，TC吸附符合Langmuir和Temkin模型，NOR符合Freundlich模型。这一环保型絮凝剂为绿色水处理提供了高效、多功能的解决方案。