基于壳聚糖疏水磁性絮凝剂高效分离乳化含油废水的研究及其环境应用价值

为解决乳化含油废水难降解、环境风险高的问题，研究人员开发了一种基于壳聚糖(CS)和Fe3O4@SiO2的疏水磁性絮凝剂FDY-CS。通过St?ber法构建核壳结构，结合十二烷基硫醇疏水改性，显著提升絮凝效率。实验表明，FDY-CS与聚氯化铝(PAC)联用可使油去除率达85.01%，絮体更大更密。该研究为极端pH(2-12)条件下的废水处理提供了新型材料设计思路。

　　

工业排放的乳化含油废水如同环境中的"顽固污渍"，其油滴粒径小于20μm且含有多环芳烃等230余种有毒物质，传统处理方法难以破解。这类废水不仅会形成水面油膜阻碍光合作用，其含有的苯并芘等成分还具有生物累积性，对水生生态系统构成长期威胁。更棘手的是，现有聚丙烯酰胺类合成絮凝剂易造成二次污染，而天然絮凝剂壳聚糖(CS)虽可生物降解，却存在稳定性差、功能单一等缺陷。如何开发兼具高效分离能力和环境友好特性的新材料，成为废水处理领域的"卡脖子"难题。

针对这一挑战，国内某研究团队在《Desalination and Water Treatment》发表创新成果。他们巧妙地将纳米Fe₃O₄的磁响应性与壳聚糖的絮凝特性相结合，通过多尺度协同改性策略，构建出"核-壳-界面"三重功能化结构的FDY-CS磁性絮凝剂。这项研究突破了传统单一步骤改性的局限，为解决极端pH条件下的油水分离提供了新方案。

研究采用三大关键技术：首先通过St?ber法在pH10.5的氨催化体系中，于Fe₃O₄表面构建20nm厚的SiO₂保护壳，显著提升载体机械强度；其次采用硫醇-乙烯基点击化学反应精准接枝十二烷基疏水链；最后通过热引发自由基聚合实现壳聚糖的可控接枝。研究团队还建立了包含400mg/L高岭土的模拟废水体系，系统评估了材料性能。

【3.1傅里叶红外光谱分析】
FTIR谱图中1094cm^-1处的C-S-C特征峰和1518cm^-1处壳聚糖C-N键振动峰，证实了十二烷基硫醇与CS的成功嫁接。VSM测试显示FDY-CS2饱和磁化强度达33emu/g，满足磁分离需求。

【3.2扫描电镜分析】
SEM显示复合材料粒径增至330nm，光滑球状形貌证实了完整的核壳结构，这与TG-DSC显示的25.74%有机物包覆率相互印证。

【3.4磁絮凝实验】
在500mg/L投加量、pH4.0条件下，FDY-CS2与PAC联用使油去除率提升至85.01%，较传统PAC提高近3倍。激光粒度分析显示其絮体平均粒径(d50)达29.253μm，显著大于未改性样品的20.596μm。高岭土的添加通过"颗粒间架桥"效应使浊度去除率提升至94.07%。

【3.5絮凝除油机制】
Zeta电位测试揭示其作用机理：质子化的氨基(-NH₃⁺)通过电中和作用破坏油滴稳定性，而C₁₂H₂₅-长链则通过疏水作用捕获油滴。红外谱图中720cm^-1处硅铝酸盐特征峰，证实了高岭土参与絮体构建的过程。

该研究实现了三个突破性进展：①通过SiO₂封装使磁性载体在pH2-12范围内保持稳定；②创制了兼具电中和与疏水作用的双功能活性位点；③建立了投加量-pH-浊度的定量关系模型。这些发现不仅为复杂废水处理提供了新材料，其"无机-有机协同增效"的设计理念更为功能化复合材料开发提供了新范式。特别值得注意的是，FDY-CS在强酸条件下仍保持优异性能，这对处理石化、电镀等行业的极端废水具有重要应用价值。未来通过优化接枝密度和磁核分散性，有望进一步提升材料的循环使用效率。