谷氨酰胺和氨基硫脲增强电纺聚己内酯纳米纤维高效吸附水体Pb2+ 的研究

本研究针对水体中铅离子(Pb2+ )污染问题，开发了氨基硫脲修饰聚己内酯(TCL)和谷氨酰胺修饰聚己内酯(GCL)两种新型电纺纳米纤维吸附剂。通过系统优化吸附条件，TCL和GCL对Pb2+ 的最大吸附容量分别达364.22和246.97 mg/g，较未修饰聚己内酯(CL)显著提升。研究采用多种等温模型和热力学参数分析吸附机制，证实改性纳米纤维具有优异的可再生性（6次循环后效率损失仅1-3%），为重金属废水处理提供了高效环保的解决方案。

　　

随着工业发展，铅离子(Pb²⁺
)污染已成为威胁全球水安全的突出问题。这种重金属离子不仅来源于电池制造、电子废物处理等行业，更因其在生物体内的累积性会引发神经损伤、肾功能障碍等严重健康问题。传统吸附材料如活性炭、沸石等存在吸附容量低、选择性差等缺陷，而新兴纳米材料虽展现潜力却常面临生物相容性不足的挑战。在此背景下，捷克研究团队创新性地将可生物降解的聚己内酯(polycaprolactone, PCL)与含硫/氮配体的谷氨酰胺(glutamine)和氨基硫脲(thiosemicarbazide)结合，通过电纺技术制备了新型纳米纤维吸附剂，相关成果发表于《Process Safety and Environmental Protection》。

研究采用电纺技术（电压20 kV，纺丝液流速0.5 mL/h）制备纳米纤维，通过热重分析(TGA)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段表征材料特性。吸附实验系统考察了pH、温度、初始浓度等参数影响，运用Langmuir等7种模型分析吸附机制，并通过ΔG°等热力学参数揭示吸附本质。

材料表征
TGA显示修饰后纳米纤维热稳定性适度降低（GCL/TCL在150°C失重3.5-5.4%），FTIR证实-SH、-NH₂
等官能团成功引入。BET测试显示TCL比表面积达38.23 m²
/g，为Pb²⁺
提供丰富结合位点。

吸附性能
在pH=6、25°C条件下，TCL对Pb²⁺
的吸附容量达364.22 mg/g，是CL的2.3倍。动力学分析符合伪二级模型（R²

0.99），表明化学吸附主导过程。热力学参数ΔH°（3.61-15.86 kJ/mol）揭示吸热特性，ΔS°正值（0.0326-0.0601 kJ/mol·K）说明固液界面混乱度增加。

再生性能
使用0.1M EDTA解吸后，TCL经6次循环仍保持99%效率，FTIR证实官能团结构稳定。竞争吸附实验显示，在Ca²⁺
/Mg²⁺
共存时仍保持90%选择性。

该研究开创性地将生物相容性PCL与重金属螯合配体结合，突破传统吸附剂的容量-环保性悖论。TCL中硫醇基与Pb²⁺
的强配位作用使其吸附容量超越多数报道材料（如石墨烯氧化物）。研究不仅为重金属治理提供新思路，其"可降解基质+定向修饰"策略更为功能性环境材料设计树立范式。未来通过规模化电纺制备和流动床吸附系统开发，这类材料有望实现工业废水处理的实际应用。