γ-辐照壳聚糖与牙科废料藻酸盐复合生物微球对染料的高效吸附与降解机制研究

本研究针对牙科藻酸盐废弃物资源化利用和染料污染治理难题，开发了γ-辐照壳聚糖(gCS)与牙科废料藻酸盐(AG)复合生物微球(gCS-AG)。通过BEI-STEM、HRTEM等表征证实γ-辐照使微球比表面积提升至68.045 m2/g，在pH=2条件下对刚果红(CR)的去除率达80%且可重复使用10次，兼具吸附和降解双重功能，为医疗废物增值化与绿色水处理材料开发提供新思路。

　　

随着全球牙科行业每年产生数百万吨藻酸盐印模材料废弃物，这些含有丰富多糖的医疗副产品如何实现绿色转化成为环境科学领域的重要课题。与此同时，纺织印染行业排放的含偶氮染料废水对生态系统构成严重威胁，其中刚果红(CR)因其致癌性和化学稳定性成为治理难点。传统物理吸附材料存在成本高、再生困难等问题，而天然高分子材料壳聚糖(CS)虽具良好生物相容性，但其结晶度高、溶解性差的特点限制了应用效果。

针对这些挑战，泰国核技术研究所等机构的研究团队创新性地将牙科废弃藻酸盐与γ-辐照改性壳聚糖结合，开发出具有核壳结构的复合生物微球(gCS-AG)。相关成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上，为解决医疗废物资源化和染料污染治理提供了双重解决方案。

研究采用BEI-STEM、HAADF-STEM观测微球形貌，通过BET测定比表面积，结合FTIR和XRD分析化学结构，并利用UV-vis光谱评估吸附性能。实验选用牙科诊所废弃藻酸盐经EDTA预处理后作为基质，与40 kGy剂量辐照的壳聚糖(190 kDa，脱乙酰度95%)通过离子交联法制备微球。

3.1. 微球表征
HRTEM显示gCS-AG微球具有5 ?晶面间距的规则排列，EDS证实其含C(0.16%)、N(0.33%)等特征元素。γ-辐照使微球比表面积达68.045 m²/g，较未辐照样品提高23%。FTIR在1410 cm^-1处出现增强的COO^-特征峰，XRD在20.2°和36.4°显示明显衍射峰，证实辐照产生了更多活性位点。

3.2. 吸附性能
在pH=2条件下，gCS-AG对CR的去除率高达80%，显著优于未辐照样品。伪二级动力学模型(R²=0.9838)表明吸附受化学作用主导，Langmuir模型计算最大吸附量为18.50 mg/g。Van't Hoff方程显示该过程为吸热(ΔH°=+13.27 kJ/mol)且自发进行(ΔG°=-3.81 kJ/mol)。

3.2.1 作用机制
BEI-STEM显示微球表面存在50-200 nm的介孔结构，有利于CR分子扩散。质子化的-NH₃⁺与CR的-SO₃^-产生静电吸引，辐照产生的·OH自由基可断裂CR的-N=N-键实现降解。微球经10次循环后仍保持70%以上效率，EDS检测到残留的S元素(0.01%)证实降解产物吸附。

该研究开创性地将医疗废物转化为功能材料，通过γ-辐照技术突破天然高分子材料的应用瓶颈。gCS-AG微球兼具吸附降解双重功能，其68.045 m²/g的比表面积和稳定的循环性能，为开发低成本、可持续的水处理材料提供了新范式。虽然当前吸附容量较商业活性炭存在差距，但该技术通过废物增值化实现了环境效益与经济效益的双赢，特别适合中小型印染企业的废水处理需求。未来通过优化辐照参数和表面修饰，有望进一步提升其中性pH条件下的处理效能。