基于α-环糊精/羧甲基壳聚糖的多污染物吸附水凝胶设计与合成及其环境修复应用

《Carbohydrate Polymers》：Design and synthesis of α-cyclodextrin/carboxymethyl chitosan-based hydrogel for multipollutant adsorption

本文报道了一种新型三维网状多功能吸附剂ADS-Gel-1（α-CD/CMS-P(AA-co-SS)），该水凝胶以α-环糊精（α-CD）和羧甲基壳聚糖（CMS）为双原料，通过自由基聚合构建。研究表明，该材料在复杂水环境（pH 3–9）中对多种污染物（如抗生素、染料和重金属离子）表现出快速吸附动力学（t ≤ 150 min），吸附过程符合Langmuir模型，为自发放热反应。其对诺氟沙星（NOR）、四环素盐酸盐（TC）、普鲁卡因（Pr）、亚甲基蓝（MB）、Mn(II)和Cu(II)的最大吸附量分别高达861.48、617.08、829.84、1667.52、1054.87和1226.00 mg/g，吸附机理涉及主客体包合、π-π堆积、金属配位和氢键网络等多重协同效应。此外，ADS-Gel-1在五次重复使用循环中仍保持高于49.06%的去除率，为环境修复提供了一种新颖的功能材料设计策略。

　　

Highlight

该研究成功制备了一种基于α-环糊精（α-CD）和羧甲基壳聚糖（CMS）的多污染物吸附水凝胶ADS-Gel-1，其对多种抗生素、染料和重金属离子表现出优异的吸附性能和良好的可重复使用性。

材料与试剂

α-环糊精（α-CD，纯度≥98%，分子量Mw = 972.84 g/mol）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。羧甲基壳聚糖（CMS，分子量240 Kda，脱乙酰度>90%，取代度90%）购自上海麦克林生化科技股份有限公司。丙烯酸（AA，分析纯）购自天津大茂化学试剂厂。氢氧化钠（NaOH，分析纯）购自国药集团化学试剂有限公司。N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA，分析纯）和过硫酸钾（KPS，分析纯）购自天津福晨化学试剂厂。苯乙烯磺酸钠（SS，90%）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。实验所用试剂均为分析纯，使用超纯水进行实验。

ADS-Gel的表征

ADS-Gel-1、ADS-Gel-2和α-CD的红外光谱如图2A(a)所示。α-CD在842 cm^-1和1010 cm^-1处的特征吸收峰分别对应于α-D-吡喃葡萄糖的特征骨架振动和C–O–C的伸缩振动，这些特征峰在ADS-Gel-1的光谱中也被观察到。此外，1583 cm^-1处的峰是CMS的–COOH伸缩振动峰，该峰在ADS-Gel-1和ADS-Gel-2中均出现。一个宽而强的峰...

结论

本研究成功以α-环糊精（α-CD）和羧甲基壳聚糖（CMS）为双原料，丙烯酸（AA）和苯乙烯磺酸钠（SS）为功能单体，通过自由基聚合反应制备了一种多污染物水凝胶吸附剂ADS-Gel-1。α-环糊精的引入优化了材料的结晶性能并增强了热稳定性，其独特的疏水空腔与–OH协同作用形成了分级多孔结构，有效扩大了吸附范围。