淀粉-海藻酸盐基三嗪多孔有机聚合物微球对六价铬的响应性吸附与荧光传感研究

为解决水体中高毒性Cr(VI)污染治理难题，研究人员开发了含亚胺键三嗪多孔有机聚合物(IT-POP)的淀粉-海藻酸盐复合微球(St-Alg-IT-POP15%)。该材料在pH=2时通过静电作用实现Cr(VI)高效吸附(最大吸附量1.07 mmol g-1)，同时通过荧光猝灭效应(Stern-Volmer常数7054 M-1)实现Cr(VI)检测，为重金属污染治理提供兼具吸附-传感双功能的创新解决方案。

　　

水体中六价铬(Cr(VI))污染因其强氧化性、致癌性和生物累积性，已成为全球性环境健康威胁。尽管欧盟和世界卫生组织将饮用水中Cr(VI)限值定为0.05 mg L^-1，但传统处理方法如离子交换和化学沉淀存在成本高、产生污泥等缺陷。更棘手的是，现有材料难以同时实现Cr(VI)的高效去除与实时监测，这促使科学家寻求新型多功能材料解决方案。

针对这一挑战，研究人员创新性地将亚胺键三嗪多孔有机聚合物(IT-POP)与天然多糖复合，开发出淀粉-海藻酸盐基复合微球(St-Alg-IT-POP)。相关成果发表在《Carbohydrate Polymers》上。研究团队通过Schiff碱缩聚反应合成IT-POP，再与淀粉、海藻酸盐通过柠檬酸交联形成微球。采用FTIR、SEM-EDX、荧光光谱等技术表征材料特性，通过吸附动力学、等温线和热力学研究揭示作用机制，并评估了材料的选择性和荧光传感性能。

材料表征与相互作用机制
红外光谱(FTIR)显示复合微球成功保留了IT-POP的特征基团(1660 cm^-1处C=N键)，1735 cm^-1处的酯键证实了多糖间交联。热重分析表明Cr(VI)吸附使材料热稳定性显著提升，IT-POP/Cr的分解温度从447°C升至647°C。扫描电镜(SEM)显示IT-POP呈均匀多孔球形结构，而复合微球中IT-POP良好分散于多糖基质，EDX图谱证实Cr元素均匀分布在材料表面。

吸附性能与机理
在pH=2、55°C优化条件下，IT-POP和St-Alg-IT-POP15%的最大吸附量分别达4.7 mmol g^-1和1.07 mmol g^-1，Sips模型拟合表明吸附为单层化学吸附主导。热力学参数(ΔH=55 kJ mol^-1，ΔS=246 J mol^-1 K^-1)证实该过程是吸热且熵驱动的。值得注意的是，尽管微球中IT-POP仅占11%质量，但其吸附贡献是理论值的2倍，证明多糖基质有效改善了IT-POP的分散性。动力学研究表明伪二级模型(R²>0.98)能更好描述吸附过程，且Cr(VI)还原为Cr(III)的比例可忽略(<27%)。

选择性及荧光传感特性
在七金属(Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Cr(VI))共存体系中，IT-POP对Cr(VI)的选择性高达89%，而复合微球因含羧基/羟基对二价阳离子也有吸附(10-53%)。荧光研究显示，Cr(VI)通过静态猝灭机制使材料荧光线性减弱(Stern-Volmer斜率7054 M^-1)，检测限达0.98 mM，证实了其作为自指示吸附剂的潜力。

这项研究通过分子设计将合成聚合物IT-POP与天然多糖巧妙结合，不仅解决了IT-POP易团聚的工程难题，还开发出兼具高效吸附(171 mg g^-1)和荧光传感双功能的St-Alg-IT-POP15%微球。该材料在酸性条件下通过静电作用和氢键捕获Cr(VI)，其性能超越多数报道的POPs和生物基吸附剂。更重要的是，研究揭示了多糖基质与POP的协同效应——虽然海藻酸盐本身对Cr(VI)吸附贡献有限，但其三维网络结构显著提高了IT-POP活性位点的可及性。这种"天然-合成"杂化策略为开发经济、可规模化生产的重金属治理材料提供了新思路，符合循环经济和绿色化学的发展理念。