膨胀石墨/黄原胶-谷氨酰胺接枝复合材料高效批次及固定床吸附铅离子的构建与机理研究

针对水体Pb2+ 污染治理难题，研究人员通过构建膨胀石墨(EG)/黄原胶(XG)-谷氨酰胺(Gln)接枝复合材料(EGXg)，开发出兼具高吸附容量(508.54 mg/g)和优异再生性能的新型吸附剂。该材料通过Langmuir模型和伪一级动力学证实其自发放热吸附特性，动态吸附容量达167.96 mg/g，为重金属修复提供绿色解决方案。

　　

随着工业发展，铅离子(Pb²⁺
)污染已成为全球性环境危机。这种重金属不仅通过饮用水威胁人类健康，还与心血管疾病、智力障碍等密切相关。美国环保署(EPA)规定饮用水铅含量上限仅为10 μg/L，但传统处理方法如化学沉淀、离子交换等存在成本高、二次污染等问题。吸附法因其高效环保备受关注，但现有材料普遍面临吸附容量低、再生困难等瓶颈。

针对这一挑战，沙特阿拉伯吉赞大学的研究团队创新性地将膨胀石墨(EG)的孔隙结构与黄原胶(XG)、谷氨酰胺(Gln)的功能基团相结合，开发出新型复合材料EGXg。研究发现该材料在pH=6条件下，30分钟内即可达到508.54 mg/g的惊人吸附容量，经6次循环后效率仅下降1.2%。相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为重金属治理提供了突破性解决方案。

研究采用热重分析(TGA)评估材料热稳定性，通过BET测定比表面积(255.69 m²
/g)，结合Zeta电位分析确定零电荷点(pH_PZC
=6.7)。吸附实验系统考察了pH、浓度、接触时间等因素，并运用Thomas和Yoon-Nelson模型解析固定床吸附动力学。

材料特性
EGXg展现出1.653 nm的介孔结构和丰富的含氧/氨基官能团。TGA显示其热分解温度显著高于组分材料，证明交联增强了热稳定性。FTIR证实Gln的酰胺基与XG羧基形成稳定配位键。

吸附性能
批次实验显示EGXg吸附符合Langmuir模型，表明单分子层化学吸附。伪一级动力学(R²

0.99)说明速率受扩散控制。热力学参数ΔG⁰
为负值，证实过程自发进行。

实际应用
在固定床实验中，8 mL/min流速下穿透曲线与Thomas模型高度吻合。EGXg对实际电镀废水的铅去除率达94.3%，显著优于商用离子交换树脂。

该研究首次实现EG/XG/Gln三元复合材料的可控构建，其吸附容量(508.54 mg/g)超越文献报道的多数材料。创新点在于：1) 通过Gln嫁接引入额外配位位点；2) EG骨架解决生物高分子机械强度差的问题；3) 开发出同时适用于批次和连续处理的通用吸附剂。这项工作不仅为重金属治理提供新思路，其"无机骨架-生物高分子-氨基酸"的设计策略还可拓展至其他污染物去除领域。