利用生物活性漆树（Rhus typhina）提取物在PVA/壳聚糖复合材料中提高废水中有毒金属和染料的去除效果

《Bioresource Technology Reports》：Improving elimination of both toxic metals and dyes from wastewater using bioactive staghorn sumac ( Rhus typhina) extracts in PVA/chitosan composites

本研究通过溶剂铸造法制备了PVA/CS-SS5%复合膜，利用槭叶提取物增强其生物活性和吸附性能。实验表明，5% SS提取物的复合膜对甲基橙染料和Cu2?重金属的去除效率分别达92.30%和95.5%，具有优异的机械强度（拉伸强度提升40%）和循环稳定性（四次吸附/脱附后性能衰减<5%）。XRD和SEM-EDX分析证实了复合膜的结晶结构优化及重金属高效吸附机制。

　　这项研究聚焦于开发一种可持续的、具有优异性能的交联可再生膜材料，其主要成分是聚乙烯醇（PVA）/壳聚糖（CS）/鹿角漆（SS）的复合体系。这种膜材料旨在有效去除受污染水体中的有毒重金属和染料，以满足日益增长的水净化需求。随着全球水资源短缺问题的加剧，尤其是人口增长、气候变化、长期干旱以及更严格的健康法规的影响，清洁水的获取成为全球性挑战。据联合国儿童基金会（UNICEF）统计，到2025年，全球一半的人口将生活在缺水地区，而世界卫生组织（WHO）则指出，全球有四分之一的人口缺乏安全的饮用水。因此，开发高效的废水处理技术，尤其是能够同时去除多种污染物的方法，变得尤为关键。

当前，传统的废水处理技术，如吸附、絮凝、沉淀和离子交换，虽然在某些方面表现良好，但也存在诸多局限。例如，吸附法虽然操作简便、成本低廉，但在实际应用中往往面临吸附材料再生困难、选择性不足等问题。此外，随着纺织、电镀、印刷等行业的发展，工业废水中含有大量复杂的混合污染物，包括金属基染料、化学试剂和催化剂等。这些污染物通常以有机和无机形式存在，如洗涤剂、抑制剂、化学成分、助剂、染料成分、溶解固体、洗涤溶剂、悬浮颗粒等。特别是染料和重金属的共存，使得单一污染物的处理方法难以奏效，因为金属离子容易与染料分子形成稳定的复合物，从而增加去除难度。

因此，研究者们开始探索多功能吸附材料，这类材料能够在多种条件下有效去除多种污染物。例如，已有研究指出，通过将金属氧化物、有机聚合物或生物活性植物提取物结合到吸附材料中，可以显著提高去除效率和选择性。而本研究则进一步拓展了这一思路，引入了一种基于自然SS染料提取物的PVA/CS-SS复合膜材料。这种材料不仅具备良好的机械性能和生物活性，还能够有效去除MB+染料和Cu2+重金属离子。

在实验过程中，研究者采用了溶剂浇铸法来制备膜材料，并通过不同比例的SS提取物（2.5%、5%、10%）来调节膜的性能。随后，通过多种表征技术对制备的膜材料进行了全面分析，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDX）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等。这些技术的应用有助于深入了解膜材料的微观结构、化学组成以及表面特性。同时，还对膜材料的机械性能进行了测试，评估了其在不同环境条件下的稳定性和可重复使用性。

研究结果表明，当SS提取物的含量为5%时，膜材料表现出最佳的吸附性能。具体来说，这种膜在pH为6的条件下，对重金属离子和染料的去除效率分别达到了95.5%和92.30%。此外，通过统计分析方法，如中心组合设计（CCD）和响应面法（RSM），研究者验证了实验数据的可靠性，并进一步优化了膜材料的性能。同时，还通过吸附等温线和动力学模型分析了吸附过程的机制，这些模型能够准确描述吸附行为和材料的吸附能力。

在实际应用中，这种PVA/CS-SS膜材料展现出优异的耐用性和再生能力。实验表明，即使经过四次吸附和解吸循环，膜材料的吸附能力仍保持稳定，没有明显下降。这表明该材料具有良好的结构稳定性和化学稳定性，能够在实际废水处理过程中保持高效性能。此外，SS提取物中含有丰富的单宁酸、可水解单宁和多种多酚类物质，这些成分不仅赋予膜材料良好的吸附能力，还具备一定的抗菌性能，有助于减少废水中的微生物污染。

研究还指出，SS提取物中的有机酚类基团能够有效螯合重金属离子，如Pb2+、Cd2+和Cu2+。这种螯合作用使得膜材料在多种pH和温度条件下都能保持较高的吸附效率。同时，SS提取物中的芳香环结构和多种结合位点也使得其能够通过氢键和π–π相互作用有效吸附染料分子。因此，这种膜材料不仅在去除重金属方面表现出色，在去除染料方面也具有显著优势。

本研究的成果表明，PVA/CS-SS膜材料是一种具有广阔应用前景的环保型吸附材料。它不仅能够有效去除多种污染物，还具备良好的机械性能和生物活性，能够满足不同废水处理场景的需求。此外，这种材料的制备过程简单、环保，且具有良好的可回收性，符合可持续发展的理念。因此，未来的研究可以进一步探索这种材料在不同工业废水处理中的应用潜力，尤其是在制药、纺织、食品加工等行业的废水处理中。

总的来说，这项研究通过将自然SS染料提取物与PVA/CS复合材料结合，成功开发出一种高效、环保、可持续的膜材料。这种材料不仅在去除污染物方面表现出色，还具备良好的机械性能和生物活性，能够满足多种水净化需求。随着全球对清洁水需求的不断增长，这种新型膜材料的开发和应用具有重要的现实意义和科学价值。