多功能壳聚糖基吸附剂协同吸附还原六价铬的工程化设计与机理研究

针对工业废水中高毒性六价铬(Cr(VI))的治理难题，研究人员通过醚化和酰化反应将海藻酸钠(SA)与半胱氨酸(Cys)整合到壳聚糖(CS)基质中，开发出兼具吸附与还原双功能的CCS材料。该材料展现出356.17 mg·g?1的Cr(VI)吸附容量和89.66%的Cr(III)转化效率，其协同作用机制涉及配位络合、静电相互作用和离子交换，为铬污染水体的修复提供了创新解决方案。

　　

工业废水中的六价铬(Cr(VI))因其强氧化性、高迁移性和致癌性，已成为全球性环境治理难题。传统吸附技术虽能富集污染物却无法改变其毒性本质，而化学还原法又存在二次污染风险。面对这一挑战，国内研究团队创新性地将天然多糖材料与生物活性分子相结合，开发出能同步实现铬吸附与解毒的新型功能材料，相关成果发表于《Separation and Purification Technology》。

研究团队采用三步法构建多功能吸附剂：首先通过环氧氯丙烷(ECH)交联壳聚糖(CS)与海藻酸钠(SA)形成"蛋盒"结构基底(CES)，继而通过酰化反应接枝含巯基的半胱氨酸(Cys)，最终获得CCS复合材料。通过FTIR、XPS、BET等技术系统表征材料结构，结合批量吸附实验和动力学模型解析作用机制，并采用DPC比色法量化Cr(VI)还原效率。

【Synthesis and characterization】部分揭示：傅里叶变换红外光谱(FTIR)在1627 cm^?1处出现羧基特征峰，X射线光电子能谱(XPS)证实硫元素成功接枝。扫描电镜(SEM)显示材料具有分级多孔结构，比表面积达48.26 m²·g^?1，机械强度提升3.2倍。

【Adsorption-reduction performance】实验表明：在pH=2条件下，CCS对Cr(VI)的吸附符合Langmuir模型，最大吸附量达356.17 mg·g^?1；XPS分析证实吸附后Cr 2p_3/2结合能向低能方向移动5.8 eV，证明89.66%的Cr(VI)被还原为Cr(III)。

【Mechanism investigation】阐明三重协同机制：1）SA羧基通过静电吸引捕获CrO₄^2?；2）CS氨基通过配位络合固定Cr物种；3）Cys的-SH基团提供电子将Cr(VI)还原为低毒Cr(III)。这种"捕获-固定-转化"级联过程有效阻断了铬的迁移转化链。

该研究突破传统吸附材料单一富集的局限，首次在CS基材料中整合SA的机械增强效应与Cys的生物还原功能。CCS材料在连续5次吸附-脱附循环后仍保持82.3%的初始效率，其"吸附-还原"协同策略为重金属污染治理提供了新范式。研究不仅为工业废水处理提供新型工具，更推动环境功能材料设计从物理吸附向化学转化拓展的理论创新。