聚苯乙烯磺酸钠水凝胶的简易制备及其对La(III)和Ce(III)的高效去除研究

本研究针对稀土元素(REEs)污染治理需求，通过一步自由基聚合法合成聚苯乙烯磺酸钠(PSS)水凝胶，系统探究其对La(III)和Ce(III)的吸附性能。结果表明，该材料在宽pH范围内对La(III)/Ce(III)的吸附容量分别达241.0/223.7 mg·g?1 ，经13次循环仍保持高效，其机制涉及磺酸基团(-SO3 H)的离子交换与络合作用，为稀土废水处理提供了新型吸附剂选择。

　　

稀土元素(REEs)被誉为"工业维生素"，其中轻稀土La(III)和Ce(III)广泛应用于新能源、电子器件等领域。然而，大规模开采导致约30%的REEs通过尾矿进入环境，不仅造成资源浪费，其蓄积性更可能引发男性不育、血液异常等健康风险。当前化学沉淀法存在成本高、步骤繁琐等问题，而传统活性炭吸附剂又面临选择性差、再生困难等挑战。针对这一难题，内蒙古科技大学的研究团队创新性地开发了一种基于聚苯乙烯磺酸钠(PSS)的水凝胶吸附材料，相关成果发表于《Reactive and Functional Polymers》。

研究采用自由基聚合法，以N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，通过FTIR、XPS等表征技术结合吸附实验，系统评估了材料性能。结果显示：PSS水凝胶具有独特的交联网络结构，其磺酸基团(-SO₃
H)在pH 2-6范围内保持稳定负电荷，对La(III)/Ce(III)的吸附符合准二级动力学模型，最大吸附容量分别达241.0和223.7 mg·g^?1
，显著优于多数报道材料。通过13次吸附-解吸循环验证，材料仍保持90%以上效率，展现出优异的工程应用潜力。

材料表征
FTIR光谱证实3428 cm^?1
处羟基特征峰与1126/1175 cm^?1
磺酸基振动带；XRD显示无定型结构；SEM显示多孔表面；TGA证明材料在300°C内保持稳定。

吸附性能
在pH=4时达到最佳吸附效果，10分钟内完成80%吸附量。竞争离子实验表明，Na⁺
、NH₄
⁺
对吸附干扰较小，而Pb²⁺
、Zn²⁺
存在时会降低10-15%容量。

机制分析
XPS谱图中La 3d_5/2
和Ce 3d_5/2
结合能位移证实-SO₃
H与REEs的配位作用，离子交换贡献率约68%。

该研究不仅为稀土污染治理提供了新型功能材料，其"一锅法"合成策略更具工业化应用价值。材料中高密度磺酸基团的设计思路，为开发其他重金属吸附剂提供了重要参考。未来通过调控交联度优化机械强度，有望实现规模化水处理应用。