低成本椰柄纤维基吸附材料的制备及其对Cu(II)离子的循环吸附性能研究

针对水体Cu(II)污染治理难题，华南理工大学团队创新性地采用多巴胺(PDA)与聚乙烯亚胺(PEI)共沉积改性椰柄纤维(CPF)，构建了具有稳定活性位点的生物质吸附材料。该材料通过静电作用和羟基/氨基络合实现Cu(II)高效吸附，最大吸附量达45.32 mg/g（pH 6），是未改性CPF的5.2倍，且经4次再生仍保持92.9%吸附性能，为重金属污染治理提供了经济高效的解决方案。

　　

随着工业发展，含铜废水排放导致的环境污染问题日益严峻。Cu(II)作为典型重金属污染物，可通过食物链富集引发肝肾衰竭等健康风险。传统处理方法如化学沉淀、电解法等存在成本高、易产生二次污染等缺陷，而生物质吸附材料虽具环保优势，却受限于吸附容量低、稳定性差等瓶颈。如何开发兼具高效性与经济性的吸附剂，成为环境治理领域的关键挑战。

华南理工大学的研究团队独辟蹊径，选择来源广泛、成本低廉的椰柄纤维(CPF)作为基质材料。这种天然纤维经碱处理后表面呈现多孔结构，但原始吸附性能有限。受贻贝粘附蛋白启发，研究人员创新性地引入多巴胺(PDA)与聚乙烯亚胺(PEI)共沉积体系：PDA可提供丰富活性基团，而PEI的加入不仅通过共价交联解决PDA涂层易脱落问题，更将沉积时间从常规24小时缩短至16小时。这种"天然孔隙+人工修饰"的协同策略，为生物质吸附材料性能提升提供了新思路。

研究采用SEM、XPS等技术系统表征材料特性。碱处理后的CPF表面孔隙充分暴露（图3），为后续修饰奠定结构基础。共沉积16小时后，PDA/PEI形成均匀稳定包覆层（图4），XPS证实其表面富含羟基(-OH)和氨基(-NH₂
)等活性基团。吸附实验显示，改性材料对Cu(II)的吸附符合Langmuir单层化学吸附模型，最大吸附量达45.32 mg/g（pH 6），是未改性CPF的5.2倍。动力学研究表明吸附速率受活性位点数量与Cu(II)浓度共同调控。尤为突出的是，经过4次吸附-解吸循环，材料仍保持42.11 mg/g的吸附容量，再生率高达92.9%，远超多数报道的生物质吸附剂。

关键技术包括：1）碱处理活化CPF表面孔隙；2）DA/PEI共沉积构建功能涂层；3）SEM/XPS表征微观结构与表面化学；4）等温吸附与动力学模型解析机制；5）循环吸附实验评估再生性能。

【SEM和表面元素组成】
碱处理使CPF表面杂质去除，微米级孔隙暴露（图3）。共沉积过程中，DA先形成颗粒状沉积，随后PEI通过共价交联促进PDA均匀覆盖（图4），最终形成致密稳定的功能层。

【结论】
该研究成功将CPF转化为高效重金属吸附剂，其优势体现在三方面：首先，PEI的引入显著提升PDA涂层的沉积效率与稳定性；其次，材料利用静电吸引与络合双重作用实现Cu(II)高效捕获；最后，多孔结构与表面修饰的协同效应使材料兼具高容量与强再生能力。这项工作不仅为农业废弃物高值化利用提供范例，更为重金属污染治理开发出具有产业化潜力的新型吸附材料。

研究团队特别指出，该材料的原料成本仅为商业离子交换树脂的1/20，且制备过程无需复杂设备，在发展中国家污水处理领域具有显著应用优势。未来通过优化PEI分子量、探索其他金属离子吸附性能，有望进一步拓展该技术应用边界。论文发表于《Reactive and Functional Polymers》，为生物质吸附材料研究树立了新标杆。