多巴胺三丙烯酰胺交联壳聚糖/聚丙烯酸冷冻凝胶高效吸附废水阴离子染料的创新研究

为解决工业废水中难降解阴离子染料污染问题，研究人员通过Friedel-Crafts烷基化反应合成多巴胺三丙烯酰胺(DAHAM)交联剂，构建CTS/PAA@DAHAM冷冻凝胶。该材料具有三维多孔结构和丰富-NH3+/-OH官能团，对DY 12、DB 1和DR 13染料的吸附容量分别达2096、2728和1397 mg/g，远超传统吸附剂，为废水处理提供新型环保解决方案。

　　

纺织印染等行业排放的废水含有大量难降解阴离子染料，这些带有偶氮结构的污染物不仅毒性强、稳定性高，还可能具有致癌性，对生态环境和人类健康构成严重威胁。传统处理方法往往面临效率低、成本高或二次污染等问题，开发兼具高吸附容量、环境友好和易加工特性的新型材料成为当务之急。中国海洋大学的研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表创新成果，通过分子设计将多巴胺活性结构与壳聚糖基材料相结合，成功研制出性能卓越的吸附材料。

研究采用Friedel-Crafts烷基化反应合成含三个交联位点的多巴胺衍生物DAHAM，通过冷冻干燥技术构建CTS/PAA@DAHAM三维网络结构。利用SEM观察微观形貌，BET分析比表面积，FTIR和XPS表征官能团，结合吸附动力学和等温线模型评估性能。

材料制备与表征
DAHAM通过引入丙烯酰胺基团赋予交联能力，同时保留多巴胺的-NH₂和-OH活性位点。冷冻凝胶呈现50-100μm的大孔结构，比表面积达48.6 m²/g，孔隙率超过90%，机械强度显著优于传统CTS材料。FTIR证实材料成功引入-NH₃⁺和-COOH等官能团。

吸附性能研究
在pH=7、298K条件下，CTS/PAA@DAHAM对DY 12、DB 1和DR 13的平衡吸附量分别达2096、2728和1397 mg/g，是CTS/PAA@MBA的10倍。吸附过程符合伪二级动力学模型，表明化学吸附占主导；Freundlich等温线表明多层吸附特征。材料在5次循环后仍保持85%以上吸附效率。

作用机制分析
XPS证实染料磺酸基与材料-NH₃⁺的静电相互作用是主要驱动力，π-π堆积和氢键协同增强吸附效果。DAHAM交联既提高机械强度，又通过多巴胺结构提供额外活性位点。

该研究创新性地将生物相容性CTS与功能化交联剂结合，解决了传统吸附剂容量低、选择性差的难题。材料制备过程绿色简便，吸附性能远超文献报道值，为工业废水处理提供了新思路。研究结果对推动水污染治理技术进步具有重要意义，展现壳聚糖基材料在环境领域的广阔应用前景。