γ辐照壳聚糖-羟丙基甲基纤维素/石莼基水凝胶用于水体重金属修复的绿色吸附剂研究

针对工业废水重金属污染难题，研究人员通过γ辐照技术开发了含石莼(Ulva lactuca)的壳聚糖(CS)/羟丙基甲基纤维素(HPMC)/聚丙烯酰胺(PAAm)复合水凝胶。该材料对Cu(II)和Co(II)的吸附符合伪二级动力学模型，经5次循环仍保持高效，为环境修复提供了可持续解决方案。

　　

随着工业化和城市化进程加速，水体重金属污染已成为全球性环境危机。铜(Cu)和钴(Co)等重金属通过采矿、冶炼和化石燃料燃烧进入水体后，不仅破坏水生生态系统，还会通过食物链引发人类神经退行性疾病和器官损伤。传统吸附剂存在成本高、不可再生等缺陷，而生物基材料如壳聚糖(CS)虽具潜力，但单一材料的吸附效率和稳定性往往不足。

针对这一挑战，研究人员创新性地将海洋绿藻石莼(Ulva lactuca)整合到γ辐照制备的CS/HPMC/PAAm水凝胶体系中。通过BET比表面积分析和EDX元素映射证实，石莼的加入使水凝胶孔隙率提升42%，热稳定性提高30℃。在模拟废水实验中，含藻水凝胶CS/HPMC/PAAm/Ul对Co(II)的吸附量达156.8 mg/g，显著高于无藻对照组的112.4 mg/g。

研究采用三大关键技术：1) γ辐照交联法构建三维网络结构；2) 原子力显微镜(AFM)实时监测吸附前后表面形貌变化；3) 结合Jovanovic和Redlich-Peterson等温模型解析吸附机制。

主要研究发现：

1. 材料表征：SEM显示Ulva lactuca的纤维结构均匀分散于水凝胶基质，XRD证实其引入使结晶度降低18%，有利于金属离子扩散。
2. 吸附性能：在pH=5.5、25℃条件下，CS/HPMC/PAAm/Ul对Cu(II)和Co(II)的去除率分别达94.7%和97.3%，且对Co(II)表现出显著选择性。
3. 机理分析：伪二级动力学模型(R²>0.99)和活化能计算(28.6 kJ/mol)表明化学吸附主导过程，-NH₂和-OH基团与金属离子发生配位作用。

结论部分强调，该研究首次实现藻类生物质与辐照交联水凝胶的协同增效，其可重复使用性和环境友好性为工业废水处理提供了新范式。论文发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为绿色吸附剂设计提供了重要参考。尤其值得注意的是，材料在模拟海水中仍保持82%的吸附效率，展现出实际应用潜力。作者Asmaa Sayed团队建议后续可探索其对Hg(II)和Pb(II)等剧毒金属的去除效果。