PASP/PVA半互穿网络可降解水凝胶的制备及其在油水分离与重金属离子吸附中的应用研究

针对传统水凝胶机械性能差、应用受限的问题，研究人员通过构建聚天冬氨酸(PASP)/聚乙烯醇(PVA)半互穿网络(semi-IPN)水凝胶，实现了物理-化学双交联增强。该材料具有超亲水-水下超疏油特性（水下油接触角157°），可稳定分离复杂环境中的油水混合物（效率>98%），并有效吸附铜离子，兼具生物降解性，为废水处理提供了新型环保解决方案。

　　

随着工业发展和人口增长，含油废水和重金属污染已成为威胁生态环境和人类健康的重大挑战。传统超疏水-超亲油材料易被高粘度油堵塞，而普通水凝胶又存在机械强度低、溶胀率高等缺陷。如何开发兼具高效分离性能、环境适应性和可持续性的材料，成为废水处理领域的核心难题。

中国研究人员通过创新性地将聚天冬氨酸(PASP)交联网络与线性聚乙烯醇(PVA)链结合，构建了可生物降解的PASP/PVA半互穿网络(semi-IPN)水凝胶。研究发现，该材料通过分子间氢键和化学交联的协同作用，显著提升了机械性能。经不锈钢网负载后，水凝胶表现出超亲水性（水接触角<5°）和水下超疏油性（油接触角157°），可高效分离石油醚、液体石蜡等五种油水混合物，分离效率超过98%，且能在酸碱盐复杂环境中保持稳定性。更引人注目的是，材料所含的羧基和酰胺基团可特异性吸附铜离子，使用后可在环境中自然降解，完美解决了传统材料污染转移的问题。相关成果发表于《Polymer》。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证化学结构，通过接触角测试表征润湿性，利用循环分离实验评估稳定性，并结合重金属吸附实验和降解实验验证环保性能。

【微观形态与结构特征】
FTIR分析显示，PASP/GA水凝胶在1716 cm^-1处出现戊环酰亚胺特征峰，PVA的加入使羟基振动峰（3260 cm^-1）显著增强，证实了半IPN结构的成功构建。

【油水分离性能】
材料对液体石蜡的分离通量达5000 L/(m²·h)，20次循环后效率仍保持98%以上，且能抵抗pH 1-13和3.5 wt% NaCl溶液的腐蚀。

【重金属吸附能力】
PASP分子链上的羧基与铜离子形成螯合物，吸附容量达85.6 mg/g，显著高于传统吸附材料。

【生物降解性】
土壤掩埋实验显示，28天后水凝胶失重率达67%，证实其环境友好特性。

该研究突破性地将PASP从传统阻垢剂拓展为多功能水凝胶基材，通过半IPN结构设计同时解决了机械性能、分离效率和环境相容性三大难题。其"分离-吸附-降解"一体化设计理念，为开发新一代智能水处理材料提供了范式。特别是材料在复杂环境中的卓越稳定性（20次循环无衰减）和闭环降解特性，对实现废水处理的绿色可持续发展具有重要指导意义。研究团队Wenjun Lv等人特别指出，这种策略可推广至其他多组分水凝胶体系，为开发针对特定污染物的定制化材料开辟了新途径。