氧化铜修饰壳聚糖微球：一种高效去除工业废水中硝酸盐离子的环保吸附剂

为解决水体硝酸盐污染问题，研究人员开发了CuO改性壳聚糖微球(C25C)吸附剂，通过调控pH值和CuO负载量(5%-50%)，实现了93.85%的硝酸盐去除率(9.16 mg/g吸附量)。该研究证实了化学吸附与物理吸附的协同机制，Temkin模型(R2=0.97)显示其异质表面特性，为低成本水处理提供了可持续解决方案。

　　

水体硝酸盐污染已成为全球性环境挑战，过量化肥使用导致地下水中NO₃^-浓度远超WHO规定的50 mg/L限值，引发高铁血红蛋白血症和生态富营养化问题。传统反渗透和离子交换技术存在高能耗、二次污染等缺陷，而合成聚合物吸附剂又面临微塑料污染风险。在此背景下，开发兼具高效性和环境友好特性的新型吸附材料迫在眉睫。

研究人员通过将铜氧化物纳米颗粒(5%-50% wt%)负载到壳聚糖基质中，制备出系列CuO-壳聚糖复合微球。采用XRD确认CuO晶型结构，FTIR分析表面官能团变化，SEM-EDS表征微观形貌与元素分布。通过批量吸附实验系统考察了pH值(2-12)、接触时间(0-300 min)和初始浓度(50-500 mg/L)对NO₃^-去除的影响，并采用Temkin、Freundlich等模型解析吸附机制。

【3.1 吸附剂表征】
XRD显示25% CuO负载量(C25C)时出现16.3°和21.74°新衍射峰，表明Cu²⁺与壳聚糖分子链发生配位重组。FTIR在412 cm^-1处出现Cu-O特征峰，N-H弯曲振动位移至1975 cm^-1，证实CuO与壳聚糖氨基形成配位键。SEM显示C25C具有粗糙异质表面，EDS测得Cu含量达22.15 wt%，BET比表面积达367.02 m²/g。

【3.3 硝酸盐吸附研究】
在pH 4条件下，C25C对50 mg/L NO₃^-的去除率达93.85%，吸附容量9.16 mg/g。pH_PZC=7时表面电荷归零，酸性条件(pH<4)下质子化氨基(-NH₃⁺)通过静电作用增强吸附。动力学研究表明低浓度(50 mg/L)时符合伪二级动力学(R²=0.98)，以化学吸附为主；高浓度(500 mg/L)转为伪一级动力学主导的物理吸附。

【3.4 吸附机制】
Temkin模型拟合最优(R²=0.97)，吸附热356.12 J/mol表明存在强相互作用。FTIR显示吸附后1630 cm^-1(C=O)和1375 cm^-1(NO₃^-)新峰，证实表面官能团参与配位。5次循环后仍保持76%吸附效率，0.5M Na_{23解吸率>87%。}

【3.5 实际水样测试】
处理Kosasthalaiyar河水样(84 mg/L NO₃^-)时，C25C在共存Cl^-(1113.7 mg/L)干扰下仍实现51%去除率，铜溶出量0.61 mg/L低于WHO限值。

该研究创新性地构建了CuO-壳聚糖异质结构吸附体系，通过调控Cu²⁺路易斯酸位点与壳聚糖氨基的协同作用，实现了对硝酸盐的高效捕获。材料每克生产成本仅0.69美元，兼具可降解特性，为农业径流和工业废水处理提供了经济环保的解决方案。研究成果发表于《Results in Surfaces and Interfaces》，为功能性生物基吸附剂设计提供了新范式。