Kryptofix222修饰壳聚糖新型吸附剂的制备及其对铅镉离子的高效去除机制研究

本研究针对工业废水中高毒性Pb2+和Cd2+污染问题，开发了Kryptofix222修饰壳聚糖(CS+K-222)复合吸附剂。通过FTIR、FESEM等表征证实材料成功合成，该材料对Cd2+/Pb2+的吸附容量分别达510 mg/g和340.3 mg/g，符合伪二级动力学和Langmuir模型，可经酸洗再生重复使用，为重金属废水治理提供新方案。

　　

随着工业快速发展，铅(Pb²⁺)和镉(Cd²⁺)等重金属污染已成为威胁水环境安全的重大隐患。这些非降解性污染物通过食物链富集，可导致神经系统损伤、肾功能障碍甚至癌症。传统处理方法如化学沉淀、膜分离等存在成本高或二次污染等问题，而壳聚糖(CS)虽具良好生物相容性和吸附性，却受限于酸性溶解性和低比表面积。

针对这一难题，研究人员创新性地将大环化合物Kryptofix222(K-222)引入壳聚糖基质。K-222独特的笼状结构含氮氧配位位点，能与金属离子形成稳定复合物。通过物理交联法构建的[CS+K-222]复合材料，既保留了壳聚糖的环保特性，又通过冠醚基团显著提升了金属亲和力。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实了K-222成功接枝，场发射扫描电镜(FESEM)显示材料形成多孔结构，比表面积(BET)分析表明其具有丰富的活性位点。在优化条件(pH 6.0-7.0，接触时间50分钟)下，该材料对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附容量分别达到510 mg/g和340.3 mg/g，远超单独组分性能。动力学研究揭示吸附过程符合伪二级动力学模型，表明化学吸附占主导；Langmuir等温线模型拟合说明其为单分子层吸附。

特别值得注意的是，材料可通过0.1 M HCl/H₂SO₄洗脱再生，在多次循环后仍保持优异性能。这项工作不仅为重金属废水治理提供了高效环保的新型吸附剂，其"接枝-配位"协同作用机制也为功能性生物高分子材料设计提供了新思路。相关成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》上。

【主要技术方法】

1. 材料合成：通过物理交联法将Kryptofix222接枝到壳聚糖骨架上
2. 结构表征：采用FTIR分析官能团，FESEM-EDX观察形貌元素分布，BET测定比表面积
3. 吸附实验：系统考察pH、温度、初始浓度等参数影响，UV-Vis分光光度法测定离子浓度
4. 模型拟合：通过伪一级/二级动力学和Langmuir/Freundlich等温线模型解析吸附机制

【研究结果】
• 材料表征：FTIR在3291 cm^-1处出现N-H/O-H特征峰，1645 cm^-1处酰胺Ⅰ带证明K-222成功接枝；FESEM显示材料形成三维多孔网络结构
• 吸附性能：在pH 6.0-7.0时达到最佳吸附效果，对Cd²⁺和Pb²⁺的饱和吸附量分别为510 mg/g和340.3 mg/g
• 吸附机制：伪二级动力学模型(R²>0.99)表明化学吸附为主，Langmuir模型说明为单层均匀吸附
• 再生性能：经5次吸附-解吸循环后，材料仍保持85%以上原始吸附容量

【结论与意义】
该研究开发的Kryptofix222改性壳聚糖吸附剂，通过引入大环冠醚结构显著提升了重金属离子捕获能力。其卓越的吸附性能源于：①K-222的氮氧配位位点与金属离子的强螯合作用；②壳聚糖基质提供的稳定支架和额外活性位点；③优化的多孔结构促进传质。相比传统吸附剂，该材料兼具环境友好、高效选择和可循环优势，为工业废水深度处理提供了新选择。特别是对铅镉的协同去除能力，在电镀、采矿等行业废水治理中具有重要应用前景。这项工作不仅拓展了生物高分子材料在环境修复中的应用边界，其"分子设计-性能调控"的研究思路也为功能性吸附材料开发提供了范式参考。