壳聚糖基水凝胶协同增强Pb2+与有机染料吸附的多污染物高效去除研究

针对重金属离子（Pb2+）与有机染料（MG/CV/RhB）共存废水处理的难题，研究人员通过物理-化学双交联策略开发了HACC-AAc-PEI水凝胶（HAP）。该材料在单一体系中展现出超高吸附容量（MG达3754 mg g?1，Pb2+达564 mg g?1），并在多污染物体系中实现协同增强吸附（Pb2++141%），其稳定的循环性能与真实废水适用性为复杂工业废水治理提供了新思路。

　　

随着全球工业化进程加速，纺织、电镀等行业排放的废水中重金属离子（如Pb²⁺）与有机染料（如孔雀石绿MG、结晶紫CV）的复合污染问题日益严峻。这些污染物不仅破坏水生生态系统，更通过食物链威胁人类健康，引发致癌、致畸风险。传统吸附材料往往仅针对单一污染物设计，在多组分体系中吸附效率骤降，而复杂工业废水通常含有多种污染物共存。这一矛盾促使环境材料领域亟需开发兼具高效、广谱吸附性能的新型材料。

西南民族大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，创新性地以水溶性2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖（HACC）为生物吸附基底，联合丙烯酸（AAc）和聚乙烯亚胺（PEI）构建双交联网络水凝胶（HAP）。通过自由基聚合与NaCl屏蔽效应协同作用，形成均匀多孔结构，赋予材料丰富的电负性官能团（–COO^–、–NH₂）和优异机械性能。研究采用FT-IR、BET、SEM等技术表征材料特性，并通过批量吸附实验评估其在不同环境条件下的性能。

材料设计与表征
HAP通过KPS引发自由基聚合，在化学交联剂MBA辅助下形成三维网络。SEM显示其具有均一孔径（50-100 μm），BET证实高比表面积（98.7 m² g^?1），FT-IR验证了–NH₃⁺与–COO^?的静电相互作用。TGA表明材料在200°C内保持稳定，XRD证明PEI的引入增强了结晶度。

单一污染物吸附性能
HAP对MG、CV、RhB和Pb²⁺的最大吸附量分别达3754、2726、1815和564 mg g^?1，远超多数报道材料。动力学符合准二级模型，表明化学吸附主导过程。pH实验显示Pb²⁺在pH=5时吸附最佳，而染料在pH=7-9效率最高，归因于官能团质子化状态变化。

多污染物协同吸附机制
在Pb²⁺-MG-CV-RhB四元体系中，HAP表现出显著协同效应：Pb²⁺吸附量提升141%，MG/CV/RhB分别增加20%/35%/47%。研究提出"桥梁效应"假说：PEI螯合的Pb²⁺通过静电作用吸引染料阴离子，而AAc的–COO^?与染料阳离子结合，形成多级吸附网络。

实际应用验证
经过10次吸附-脱附循环，HAP对Pb²⁺和染料的去除率仍保持90%以上。在电镀厂实际废水测试中，对Pb²⁺（初始浓度85 mg L^?1）和混合染料的综合去除率达94.3%，证实其工程应用潜力。

该研究突破了传统吸附材料对多污染物体系的适应性瓶颈，通过分子设计实现重金属-染料的协同去除。HAP的低成本（原料源自甲壳类废弃物）、高吸附容量和再生性能，为复杂工业废水治理提供了可持续解决方案。未来研究可进一步探索材料在动态流动体系中的规模化应用，以及针对其他重金属-有机污染物组合的普适性规律。