铁-壳聚糖复合微珠(FeCSB)的优化制备及其对水体磷酸盐的高效去除机制研究

针对水体富营养化治理难题，研究人员开发了铁-壳聚糖复合微珠(FeCSB)新型吸附剂。通过Taguchi法和响应面法优化，该材料在pH 2-7范围内展现117.66 mg/g的最大吸附容量，结合XPS和FTIR揭示了Fe-O-P配位与静电吸附协同机制，为生态修复提供绿色解决方案。

　　

水体富营养化已成为全球性环境挑战，其中磷酸盐(PO₄^3?-P)浓度超过30 μg/L就会引发藻类暴发。农业径流和污水处理厂排放是主要污染源，传统处理方法存在效率低、成本高、二次污染等问题。美国农业部国家食品与农业研究所(National Institute of Food and Agriculture, USDA)的Hafiz Muhammad Umer Aslam团队在《Science of The Total Environment》发表研究，开发出铁-壳聚糖复合微珠(FeCSB)这一环境友好型吸附剂。

研究采用Taguchi实验设计结合响应面法(RSM)进行多参数优化，通过X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析吸附机制，并利用能量色散X射线光谱(EDX)进行元素分布验证。

【材料合成】

通过滴落凝胶法制备2%壳聚糖(CS)微珠，以FeCl₃进行铁改性，戊二醛(GA)交联增强机械强度。湿态微珠直径约3.1 mm，干燥后收缩至1.3 mm，SEM显示铁改性使表面粗糙度增加。

【参数优化】

Taguchi L₂₇正交实验确定影响因素排序：pH > 接触时间 > 初始浓度。中性条件下最大吸附量57.75 mg/g，酸性(pH 2)提升至117.66 mg/g。响应面分析显示各参数存在显著交互作用。

【吸附机制】

Freundlich等温线和伪二级动力学模型拟合度最佳。XPS证实存在Fe-O-P内层配位(结合能532.3 eV)和Fe-OH外层相互作用；FTIR观察到P-O伸缩振动(1050 cm^?1)和-NH₂特征峰位移，证实配位键形成。

【实际应用】

处理市政废水时去除率>95%，GA交联使微珠可重复使用5次以上。干燥形态较湿态提升27.3%吸附效率，机械强度满足实际工程需求。

该研究创新性地将生物聚合物与过渡金属结合，解决了传统吸附剂不可降解、机械强度差等瓶颈。FeCSB在宽pH范围和低浓度(<100 μg/L)下均表现优异，为水体修复提供了兼具高效性和可持续性的技术方案。研究建立的参数优化框架和机理分析方法，为环境功能材料开发提供了方法论参考。