真菌源三维大孔吸附剂快速去除Pb(II)的性能、机制与应用研究

本研究针对水体Pb(II)污染治理需求，开发了黄原酸酯改性真菌吸附剂（XAAS/XPOS/XFVS）。通过优化制备工艺获得三维大孔材料，实现15分钟内快速吸附（qm达190.48 mg/g），揭示离子交换-表面络合-微沉淀协同机制，在珠江水体中实现100%痕量Pb(II)去除，为重金属污染治理提供新型生物质解决方案。

　　

水体铅污染已成为全球性环境挑战。铅作为具有强生物蓄积性的重金属，可通过食物链威胁生态系统和人类健康，尤其对儿童神经系统发育造成不可逆损伤。传统吸附材料普遍存在制备复杂、分离困难、选择性差等问题，而未经处理的生物质材料吸附能力有限。如何开发兼具高效性、选择性和操作简便性的新型吸附剂，成为环境修复领域亟待突破的瓶颈问题。

针对这一科学难题，中国科学院广州地球化学研究所联合华南师范大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials Advances》发表创新成果。研究选取三种食用真菌（黑木耳Auricularia auricula、平菇Pleurotus ostreatus和金针菇Flammulina velutipes）为原料，通过黄原酸酯改性结合冷冻干燥技术，成功制备出三维大孔吸附剂XAAS、XPOS和XFVS。研究采用SEM-EDS、FTIR、XPS等多维表征技术，结合批量吸附实验和动力学模型分析，系统评估了材料对Pb(II)的去除性能与机制。

3.1. 吸附剂制备条件优化
通过单因素实验确定最佳制备参数：2 mL CS₂与3小时反应时间，所得材料较未改性真菌吸附容量提升5-10倍。XRD证实改性成功引入-C(=S)-S^-Na⁺活性基团。

3.2. 材料结构表征
SEM显示三种材料均形成相互贯通的层状大孔结构，XAAS呈现无序交错片层，XPOS具有更大孔道（8.19 nm），XFVS则为致密折叠结构。BET比表面积1.12-2.24 m²/g，水吸收能力高达3717-5627%，显著优于传统生物质吸附剂。

3.3.1 pH影响
在pH 5.0时达到最大吸附量（XAAS 112.18 mg/g），酸性条件下H⁺与Pb²⁺竞争位点，碱性环境引发Pb(OH)₂沉淀。

3.3.2 吸附动力学
伪二级动力学模型（R²>0.99）表明化学吸附主导，XFVS最快（1分钟达80%吸附），XAAS虽速率较慢但容量最高。颗粒内扩散模型揭示吸附分快速表面结合和缓慢内扩散两阶段。

3.3.3 等温线与热力学
Langmuir模型拟合最佳（q_m 190.48 mg/g），ΔG°=-8.533 kJ/mol（318K）证实自发吸热过程。竞争吸附实验显示抗干扰能力序列：Cr(III) > Cu(II) > Cd(II) > Tl(I)。

3.4 机制解析
XPS和XRD证实存在PbS和Pb₃(CO₃)₂(OH)₂纳米颗粒，FTIR显示-OH/-COO^-基团参与配位。提出三重机制：①Na⁺/Ca²⁺离子交换；②黄原酸酯硫氧双齿螯合；③碱性条件下CS₂水解生成S^2-/CO₃^2-引发沉淀。

3.5 实际应用验证
在模拟珠江水体（34.11 mg/L Pb(II)）中，XAAS实现99.92%去除率，痕量污染（0.41 mg/L）时达100%净化。但再生实验显示三次循环后效率衰减>90%，提示材料更适合一次性使用。

该研究开创性地将食用真菌转化为高性能吸附材料，其创新价值体现在三方面：首先，黄原酸酯改性策略在常温单步反应中同步实现功能化与三维结构构建；其次，揭示的PbS/Pb₃(CO₃)₂(OH)₂原位生成机制为重金属固定化提供新思路；最后，材料原料易得、制备简便，在突发性水污染应急处理中具有显著应用优势。未来研究可聚焦于提升材料抗离子干扰能力，并探索废吸附剂热解回收铅的闭环处理工艺。