铜/二氧化锰/壳聚糖/氧化石墨烯杂化纳米复合材料的协同效应：高效抗菌与染料吸附双功能研究

本研究针对工业废水中阴/阳离子染料的污染问题，通过构建Cu/MnO2/CS/GO杂化纳米复合材料，实现了对孔雀石绿(MG)和刚果红(CR)的高效吸附（去除率>99%），并显著提升抗菌活性。该材料结合了壳聚糖(CS)的生物相容性与氧化石墨烯(GO)的稳定负载特性，通过Cu/MnO2纳米颗粒的协同作用，解决了传统吸附剂成本高、毒性大的痛点，为工业废水处理提供了绿色解决方案。

　　

水污染已成为全球性环境危机，其中纺织、塑料等行业排放的合成染料对生态系统和人类健康构成严重威胁。刚果红(CR)作为阴离子偶氮染料，可能降解为致癌物苯二胺；而阳离子染料孔雀石绿(MG)则具有潜在致突变性。传统处理方法如活性炭吸附存在成本高、二次污染等问题，而天然生物聚合物壳聚糖(CS)虽具生物降解性，却面临机械强度差、回收困难等挑战。

为此，沙特阿拉伯教育部资助的研究团队开发了一种新型杂化纳米复合材料Cu/MnO₂/CS/GO。该材料通过将氧化石墨烯(GO)接枝到壳聚糖(CS)基质上，并负载铜(Cu)和二氧化锰(MnO₂)纳米颗粒，实现了对CR和MG的高效去除（pH 5时CR去除率99.91%，pH 8时MG去除率99.86%）。研究采用HRTEM（高分辨透射电镜）、SEM（扫描电镜）、XPS（X射线光电子能谱）等技术证实了材料的成功合成，其独特的褶皱状GO结构为纳米颗粒提供了均匀分散的载体。

关键实验方法
通过化学还原法将Cu和MnO₂纳米颗粒负载于CS/GO基质，采用Zeta电位分析材料表面电荷特性，利用FTIR（傅里叶变换红外光谱）验证功能基团，通过批量吸附实验优化pH、接触时间等参数，并测试材料对HEK293细胞的毒性及对金黄色葡萄球菌和伤寒沙门氏菌的抗菌活性。

研究结果

1. 结构表征：SEM显示材料呈典型GO褶皱片层结构，EDX证实Cu/MnO₂均匀分布；XRD显示MnO₂为α相晶体结构。
2. 吸附性能：伪二级动力学模型更适合描述吸附过程，Langmuir模型表明CR/MG为单层化学吸附，最大吸附容量分别达434.78 mg/g和476.19 mg/g。
3. 抗菌机制：CS/GO组分显著降低Cu/MnO₂对HEK293细胞的毒性，同时对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（伤寒沙门氏菌）的抑菌圈直径增加35-40%。

结论与意义
该研究创新性地将CS的生物相容性、GO的高比表面积与金属纳米颗粒的催化活性相结合，实现了"吸附-抗菌"双功能协同。材料经5次再生后仍保持90%以上效率，且能从实际工业废水中去除97.9-99.6%的染料。这一成果为开发低成本、可持续的水处理技术提供了新思路，相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。研究同时揭示了CS/GO基质对纳米颗粒毒性的调控作用，为环境友好型纳米材料设计提供了重要参考。