偕胺肟功能化壳聚糖高效选择性吸附废水中金离子的机制研究

本研究针对工业废水中Au(III)回收效率低、选择性差等问题，通过两步修饰法合成偕胺肟功能化壳聚糖吸附剂(CS-DAMN-AO)。该材料展现出1720.90 mg/g的超高吸附容量、30分钟达90%吸附率的快速动力学，且在竞争离子存在下对Au(III)具有显著选择性，为贵金属回收提供绿色解决方案。

　　

黄金作为稀缺战略资源，在电子、医疗等领域具有不可替代性。然而，工业废水中的金离子（Au(III)）传统回收方法面临效率低、环境风险高等挑战。尤其当废水中金浓度仅数毫克/升时，现有吸附材料普遍存在容量不足、选择性差等问题。壳聚糖虽具生物相容性优势，但其原始形态在强酸环境中易溶解，且缺乏对金离子的特异性结合位点。

针对这一难题，中国研究团队通过创新性的两步修饰策略，将偕胺肟（AO）这一"软碱"基团引入壳聚糖骨架，开发出CS-DAMN-AO新型吸附剂。研究采用SEM-EDS（扫描电镜-能谱联用）、XPS（X射线光电子能谱）等先进表征技术证实材料结构，通过批式吸附实验系统评估性能。该成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为解决贵金属回收领域的关键瓶颈提供了新思路。

关键技术方法包括：1）通过甲醛交联和DAMN修饰构建稳定骨架；2）利用SEM-EDS进行元素分布分析；3）采用XPS解析吸附前后元素化学态变化；4）通过批式实验测定吸附动力学和热力学参数；5）基于HSAB理论解释选择性机制。

研究结果

Preparation of CS-DAMN-AO
通过甲醛交联壳聚糖与二氨基马来腈（DAMN），再经偕胺肟化反应构建分级孔结构。关键步骤包括80℃回流48小时形成稳定共价网络，最终产物比表面积达89.7 m²/g。

Characterization of CS-DAMN-AO
SEM显示材料呈不规则颗粒状，EDS证实C/N/O元素均匀分布。XPS谱图中399.8 eV的N 1s峰证实偕胺肟基团成功接枝，FTIR在1640 cm^-1处出现C=N特征峰。

Adsorption performance
在318 K、pH=3条件下，最大吸附容量达1720.90 mg/g，符合Langmuir模型。30分钟内吸附量达饱和值90%，准二级动力学模型拟合R²>0.99。热力学参数ΔG^θ为-28.64 kJ/mol，证实为自发吸热过程。

Selectivity mechanism
在含Ni(II)、Co(II)等竞争离子的混合溶液中，CS-DAMN-AO对Au(III)的选择系数高达2100，符合HSAB理论中"软酸-软碱"优先配位规律。XPS证实吸附后Au 4f_7/2结合能位移3.2 eV，形成稳定的Au-N配位键。

Conclusions
该研究开创性地将偕胺肟基团引入壳聚糖基质，解决了传统吸附剂在酸性废水中的稳定性难题。材料兼具超高容量（1720.90 mg/g）和卓越选择性（K_d>10⁵ mL/g），5次循环后效率仍保持92%。理论计算揭示Au(III)主要通过与偕胺肟中的氮、氧原子配位形成四齿螯合物。这项研究为生物基吸附剂设计提供了新范式，对实现电子废弃物中贵金属的绿色循环具有重要实践意义。