综述：淀粉样纤维复合材料作为新兴材料去除水中金属离子的关键评述：合成、特性、去除性能与机理

这篇综述系统评述了淀粉样纤维（AFs）复合材料在重金属离子去除领域的应用潜力。文章从AFs的合成策略（如蛋白质变性、复合步骤）、结构特性（β-折叠构象、高比表面积）和吸附机制（化学络合/螯合、静电相互作用）展开分析，重点探讨其对铅（Pb2+）、铬（Cr3+）等重金属的高效去除性能（吸附量达212-270?mg/g），并指出其在核废水处理与贵金属回收中的独特优势。

　　

淀粉样纤维复合材料的崛起

重金属离子（如Pb²⁺、Hg²⁺）对水生生态系统和人类健康构成严重威胁，其毒性、持久性和生物累积性可引发阿尔茨海默病、癌症等疾病。传统处理方法（化学沉淀、膜分离）存在二次污染或成本高昂的问题，而淀粉样纤维（AFs）复合材料凭借独特的β-折叠结构和丰富的功能基团（-COOH、-NH₂），成为新兴的绿色吸附材料。

合成策略与结构特性

AFs通过蛋白质错误折叠形成，其合成过程包括三个阶段：滞后相（形成β-折叠寡聚体）、生长期（组装为原纤维）和饱和期（成熟为多链结构）。原料可选用乳清蛋白或微生物表达蛋白，经还原剂（如TCEP）处理触发α-螺旋向β-折叠的构象转变。最终形成的AFs具有高纵横比（直径5-10?nm，长度达微米级）和表面丰富的化学位点，为金属离子吸附提供理想平台。

卓越的吸附性能

AFs对重金属的吸附符合准二级动力学模型，表明化学吸附占主导。例如，碱性β-乳球蛋白纤维对Pb²⁺的吸附容量达212?mg/g，而溶菌酶修饰的PDA-纤维膜（Lys-CNFs）对Pb²⁺的吸附量高达270.30?mg/g。此外，AFs在pH?2-6范围内保持稳定，优于易在酸性条件下崩溃的金属有机框架（MOF）材料。

多重作用机制

吸附机制包含四类：

1. 化学络合/螯合：氨基和羧基与金属离子形成N-metal或C=O-metal配合物；
2. 静电相互作用：质子化的-NH₃⁺基团吸引阴离子型金属（如CrO₄^2-）；
3. 离子交换：Ca²⁺等二价离子可置换结合位点的重金属；
4. HSAB理论：含硫氨基酸（半胱氨酸）优先结合软酸类金属（Hg²⁺）。

应用挑战与前景

尽管AFs成本（15-30美元/kg）高于沸石（5-10美元/kg），但其选择性（对铅的选择性指数为离子交换树脂的80倍）使其在核废水处理等复杂场景中具有不可替代性。未来研究可聚焦于原料低成本化（如农业废弃物转化）和与其他技术（如膜过滤）的联用优化，以推动实际应用。