生物聚合物-羟基磷灰石复合材料的开发与表征及其高效铅去除性能研究

为解决工业废水重金属污染问题，研究人员开发了海藻酸钠(SA)/生物琼脂(BA)/羟基磷灰石(Hap)复合材料（AAH），通过吸附法高效去除Pb2+ 。研究表明，该材料最大吸附容量达98.5 mg Pb2+ /g，且面条状样品吸附动力学更快。该研究为环保型水处理材料设计提供了新思路。

　　

随着工业发展，重金属污染已成为全球性环境问题，其中铅(Pb²⁺
)因其强毒性和生物累积性备受关注。传统水处理方法如化学沉淀、离子交换等存在成本高、二次污染等缺陷，而生物吸附技术因其高效、环保成为研究热点。然而，单一生物材料往往存在机械性能差、吸附容量有限等问题。如何开发兼具高吸附性能和结构稳定性的复合材料，成为当前环境治理领域的关键挑战。

针对这一难题，来自某研究机构的研究团队创新性地将天然生物聚合物海藻酸钠(SA)和生物琼脂(BA)与羟基磷灰石(Hap)复合，开发出两种形态（珠状和面条状）的AAH复合材料。通过系统表征和吸附实验，发现面条状AAH样品在240分钟内可实现98.5%的Pb²⁺
去除率，且吸附过程符合伪二级动力学模型。这项发表于《Results in Surfaces and Interfaces》的研究，为重金属废水处理提供了新型环保材料设计方案。

研究团队采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱联用技术(SEM-EDS)对材料进行表征，并通过原子吸收光谱测定铅残留浓度。吸附实验采用批次法，比较不同形态材料的性能差异。

3. 结果与讨论
3.1 吸附性能
实验数据显示，所有样品在50分钟内完成主要吸附过程，其中面条状AAH_N样品表现出最快的初始吸附速率。纯Hap粉末的吸附容量仅为76.6 mg/g，而AAH复合材料显著提升了性能，证实了协同效应。

3.2 形貌特征
SEM显示面条状样品具有更多气泡和微裂缝，增大了比表面积。珠状样品则呈现粗糙表面，二者在吸附后均保持结构稳定。EDS证实Pb²⁺
主要分布在生物聚合物区域，表明离子交换是主要机制。

3.3 机理分析
FTIR和XRD揭示了羟基磷灰石的溶解-沉淀机制，形成羟基焦磷酸铅(Pb₁₀
(PO₄
)₆
(OH)₂
)。pH监测显示，复合材料通过羧酸根离子化捕获Pb²⁺
，同时Hap通过Ca²⁺
/Pb²⁺
离子交换发挥作用。

4. 结论
该研究成功开发出形态可调的AAH复合材料，面条状样品展现出最优吸附动力学。材料通过离子交换和溶解-沉淀双重机制去除Pb²⁺
，且能有效固定Hap粉末。这一成果不仅为重金属污染治理提供了新方案，也为多功能复合材料设计提供了理论依据，具有重要的环境应用价值。研究还发现，虽然不同形态材料的最终吸附量相近，但形态工程可显著优化处理效率，这为工业化应用中的反应器设计提供了关键参数。