鱼皮胶原蛋白-海藻酸钠复合凝胶球高效选择性吸附Pb2+的机制研究及其在海藻浓缩液中的应用

针对废水和海藻制品中铅污染问题，研究人员开发了一种基于鱼皮胶原蛋白(FC)、羧甲基纤维素钠(CMC)和海藻酸钠(SA)的复合凝胶球(CMC-FC-SA)，通过Ca2+交联一锅法制备。该材料对Pb2+的最大吸附量达586.56 mg/g，符合Langmuir单层化学吸附模型，并揭示了离子交换和配体相互作用主导的吸附机制。研究还发现海藻浓缩液中有机组分通过扩散阻滞、胶束吸附等途径干扰吸附过程。该绿色吸附剂为食品和环境中铅污染治理提供了新策略。

　　

随着工业发展和环境污染加剧，重金属铅(Pb²⁺)在废水和海藻制品中的积累已成为严峻的食品安全问题。褐藻类如海带和裙带菜因其富含多糖和藻酸盐的特性，极易富集环境中的铅。世界卫生组织(WHO)已制定严格的铅摄入标准，但传统处理方法如离子交换、电化学法等存在成本高、选择性差等问题。尤其在海藻浓缩液加工过程中，水分蒸发会导致Pb²⁺浓度显著升高，而现有吸附材料难以兼顾食品级安全性和高效吸附性能。

针对这一难题，来自辽宁某高校的研究团队创新性地利用渔业副产品鱼皮胶原蛋白(FC)与海藻酸钠(SA)、羧甲基纤维素钠(CMC)复合，通过Ca²⁺交联的一锅法制备出CMC-FC-SA复合凝胶球。该研究发表在《Food Hydrocolloids》上，不仅实现了586.56 mg/g的Pb²⁺吸附容量，更系统解析了吸附干扰机制，为复杂食品体系中重金属去除提供了理论和技术支撑。

研究采用SEM-EDS观察材料多孔结构，FTIR和XPS分析官能团变化，结合动力学和热力学模型阐明吸附机制。通过设计干扰实验，首次揭示了海藻浓缩液中褐藻多酚(SA)、岩藻黄素等组分通过疏水簇竞争、胶束吸附等途径影响Pb²⁺去除效率的分子机制。

SEM-EDS分析显示，CMC-FC-SA具有三维网状大孔结构，吸附后表面出现Pb元素特征峰。FTIR分析证实-COO^-和-NH₂是主要吸附位点，XPS进一步揭示离子交换和配体相互作用是主导机制。吸附性能测试表明材料在pH 3-6保持稳定，对Pb²⁺的选择性优于Cu²⁺、Cd²⁺等。干扰机制研究发现甘露醇通过-OH/-COOH络合增强吸附，而褐藻多酚则因疏水竞争降低效率。

该研究突破性地将废弃鱼皮转化为高值吸附材料，其Qm值(586.56 mg/g)显著高于传统SA基材料。提出的"功能蛋白-多糖协同"策略为食品级吸附剂设计提供了新思路。特别是在实际应用中，该材料对五种海藻浓缩液的Pb²⁺去除率>88%，且不影响产品品质。研究不仅解决了复合食品体系中重金属去除的技术瓶颈，更推动了渔业副产物高值化利用，对保障食品安全和实现可持续发展具有双重意义。