新型三元体系强化低酸度溶液中铀提取的性能与机理研究

本文系统评述了基于壳聚糖的纳米吸附剂（包括功能化衍生物FCCs/MFCCs及磁性复合材料）在同步去除水体中铅离子（Pb(II)）和亚甲蓝（MB）方面的前沿进展。通过磷酸化修饰与Fe3O4纳米颗粒复合，材料吸附容量（分别达0.887 mmol/g和0.896 mmol/g）和动力学显著提升，揭示了基于配位/静电/π-相互作用的吸附机制，为工业废水深度净化提供可持续解决方案。

　　

材料合成

本地市场采集的虾壳废弃物经去离子水清洗后，于85°C烘干24小时，研磨至53微米以下并干燥。通过三步化学处理法（脱矿化、脱蛋白化和脱乙酰化）从虾壳粉末中提取壳聚糖。具体流程：虾壳粉末（-53微米）先用2M HCl在55°C处理5小时去除Ca₃(PO₄)₂/CaCO₃（占干重30-50%），洗涤干燥后获得富蛋白残渣。

表征

方案1A展示了氨基膦酸功能化壳聚糖的构建过程：H₃PO₃通过苯甲醛 linker 与壳聚糖-NH₂基团反应，形成磷酸-苯甲基化修饰基团（单/双取代：Cs–N(-C(Ph)HP(O)(OH)₂)₂ 或 -NH-C(Ph)H-P(O)(OH)₂）。方案1B详细阐释N-磷酸（苯基）甲基化机制：a) 亚胺中间体形成：在HCl催化下壳聚糖氨基与苯甲醛羰基缩合；b) 羰基质子化促进亲核进攻形成羟胺中间体；c) 与H₃PO₃发生磷酸化反应生成目标产物。

结论

本研究成功构建了两种磷酸化表氯醇交联的磁性/非磁性壳聚糖纳米吸附剂（MFCCs/FCCs），用于强化Pb(II)和MB的去除。结构/吸附分析表明吸附容量呈梯度增长：CCs < MCCs < FCCs < MFCCs，Pb(II)在pH₀=5.0时容量达0.367-0.887 mmol/g，MB在pH₀=6.0时达0.269-0.896 mmol/g。双功能化超顺磁性Fe₃O₄纳米颗粒（15.4-20.5纳米）的引入使FCCs吸附动力学与容量显著提升，且表现出优异的再生性能（7次循环后保持85.5%容量，0.1M HCl再生效率超88.7%），在模拟铅酸电池废水中对Pb(II)展现出高选择性吸附能力。