响应面法优化丙烯酰胺/乙基纤维素希夫碱水凝胶用于水体中铀的高效捕获研究

本研究针对水体铀(U)污染治理难题，开发了一种基于丙烯酰胺(AM)和乙基纤维素(EC)的希夫碱(Schiff base)水凝胶吸附剂。通过响应面法(RSM)优化，该材料在pH?4.0条件下对U(VI)的去除率达99.92%，最大吸附容量达159.23?mg?g?1，且具备优异选择性和再生性能，为放射性废水处理提供了绿色解决方案。

　　

铀污染是威胁人类健康和生态安全的重大环境问题。铀在自然界主要以可溶性的UO₂²⁺形态存在，其在地下水中的浓度可达数百ppb，远高于WHO规定的30?μg?L^?1限值。传统处理方法如化学沉淀法存在成本高、易产生二次污染等缺陷，而吸附法因其高效、环保特性成为研究热点。

针对这一挑战，研究人员开发了一种创新型丙烯酰胺/乙基纤维素希夫碱水凝胶。该材料通过丙烯酰胺(AM)的氨基与乙基纤维素(EC)的羟基与戊二醛(GA)形成希夫碱键，构建三维网络结构。研究采用中心复合设计(CCD)优化吸附条件，结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)和吸附动力学分析揭示机制。

材料与方法
通过自由基聚合将AM与EC交联，利用GA形成希夫碱键。采用CCD设计三因素五水平实验，考察pH、吸附剂剂量和U(VI)浓度的交互作用。通过批量吸附实验评估性能，使用Langmuir和Freundlich模型拟合等温线，伪一级/二级动力学模型分析吸附过程。

结果与讨论
表征证实成功合成具有多孔结构的希夫碱水凝胶。优化条件下(pH?4.0, 120?min, 298?K)，对100?mg?L^?1?U(VI)的去除率达99.92%。吸附符合Langmuir模型(R²?=?0.98)，最大容量达159.23?mg?g^?1，伪二级动力学(R²?=?0.99)表明化学吸附主导过程。热力学参数(ΔG??1)证实自发放热特性。

结论
该研究成功开发出兼具高吸附容量(148?mg?g^{?1>?at?5?mg剂量)和选择性的希夫碱水凝胶。RSM优化显著提升处理效率，实际水样验证显示良好适用性。材料可生物降解的特性符合绿色化学原则，为放射性废水治理提供了新思路。研究发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，由El-Sayed A. Haggag等多位学者合作完成。}