利用多糖硅基质中果胶固定策略高效去除水体铅(II)离子的研究

《Journal of Water Process Engineering》：Harnessing diverse pectin fixation strategies in a polysiloxane matrix for the effective removal of lead(ii) ions from aqueous media

本文创新性地通过溶胶-凝胶法将果胶以五种形态（悬浮液、粉末、果胶酸钙、改性果胶及溶液）固载于聚硅氧烷基质，成功构建系列SiO2/Pectin复合材料。表征显示材料酸性基团含量达1.0 mmol·g?1，比表面积达230-510 m2·g?1，其中粉末形态复合材料（SPp）对Pb(II)吸附量最优（83.0 mg·g?1）。动力学与等温线符合准二级模型和Langmuir模型，证实化学吸附机制。UV-Vis光谱揭示300 nm与345 nm处电荷转移带，表明Pb(II)通过离子交换与内层络合被去除。该研究为重金属修复提供了低成本、高效益的新型生物杂化材料设计策略。

　　

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试剂

实验采用以下化学试剂合成杂化材料：四乙氧基硅烷（TEOS，99%，Aldrich）；柑橘皮果胶（Aldrich，半乳糖醛酸≥74.0%）；氯化钙（CaCl₂，工业级，Reachem）；过氧化氢（H₂O₂，35%，Reachem）；乙醇（C₂H₆O，96%，Ukrspirt）；盐酸（HCl，37.6%，化学纯）；硝酸银（AgNO₃，分析纯，Aldrich）；碳酸氢钠（NaHCO₃，99%，ITES Vranov）等。所有溶液均使用超纯水配制。

合成复合材料的物理化学表征

本研究通过溶胶-凝胶法制备硅胶/果胶杂化材料，以TEOS作为硅源前体。参考既定方案[[44], [45], [46]]，为避免果胶热降解（≥100°C）及其在水介质中的高黏度，采用温和反应条件以保护多糖链结构。柑橘果胶通过五种方式引入聚硅氧烷基质：悬浮液、干粉、水溶液、氧化果胶及钙交联果胶形式。

结论

通过溶胶-凝胶路线成功制备了硅胶/果胶杂化复合材料，使用四乙氧基硅烷（TEOS）和柑橘果胶作为原料。五种果胶变体（溶液、悬浮液、粉末（SPp）、氧化果胶和钙交联果胶）均被有效嵌入三维硅氧烷网络中。综合物理化学表征证实，果胶的功能基团得以保留并均匀分布于硅胶骨架内。

在该系列中，SPp材料展现出最高的Pb(II)吸附容量（83.0 mg·g^?1），吸附行为符合准二级动力学模型和Langmuir等温线，表明其以化学吸附为主导机制。漫反射紫外-可见光谱在300 nm和345 nm处检测到电荷转移带，进一步验证Pb(II)通过离子交换和果胶基团的内层络合作用被去除。使用0.1 M HCl可实现Pb(II)近乎完全脱附，且该材料在10次循环中无需再生即可去除自来水98%的铅(II)，展现出卓越的实用潜力。