高效去除水体重金属的淀粉样蛋白纤维复合材料：合成策略、吸附机制与环境应用

针对水体重金属污染治理难题，研究人员系统综述了淀粉样蛋白纤维(AFs)复合材料的合成策略与吸附性能。研究表明，AFs通过化学螯合、静电作用等机制可高效去除Pb2+、Hg2+等重金属，对放射性元素吸附容量达0.62?mg/g，其β-折叠结构赋予材料优异的选择性和稳定性，为开发新型绿色水处理材料提供了理论支撑。

　　

随着工业化进程加速，水体重金属污染已成为威胁生态系统和人类健康的重大环境问题。铅、汞等重金属通过食物链富集可引发阿尔茨海默病、肌肉萎缩等严重疾病，而传统处理方法如化学沉淀法存在二次污染风险，膜分离技术又面临成本高昂的瓶颈。在这一背景下，中国矿业大学（北京）的Peidong Su团队在《Desalination》发表综述，系统阐述了淀粉样蛋白纤维(Amyloid fibrils, AFs)这一新型生物材料在水体重金属治理中的突破性应用。

研究采用文献计量学方法，整合了全球范围内AFs研究的核心成果。关键技术包括：1) 多源蛋白质（乳清蛋白、溶菌酶等）的β-折叠结构诱导技术；2) 基于TCEP还原剂的二硫键调控策略；3) 吸附动力学（准二级动力学模型）与热力学分析；4) 复合膜材料的界面聚合工艺。通过对比AFs与活性炭、MOF等材料的性能参数，建立了完整的评价体系。

蛋白来源与合成策略
研究指出AFs可由微生物蛋白（经基因工程改造）或食品源蛋白（如β-乳球蛋白）制备。通过控制变性温度（80-90℃）和pH（2.0-3.5），能使蛋白质从α-螺旋构象转变为富含β-折叠的纤维结构，直径5-10?nm的纤丝可进一步自组装成多孔网络。

重金属去除效能
碱性处理的β-乳球蛋白纤维对Pb²⁺的吸附容量达212?mg/g，溶菌酶复合膜更提升至270.3?mg/g。在pH?2-6范围内，AFs对Cu²⁺的去除率稳定在85%以上，显著优于易酸解的MOF材料。

吸附机制解析
通过XPS和FTIR证实，AFs表面的-COOH/-NH₂基团通过化学螯合（N-metal键）和静电作用捕获金属离子。硬软酸碱(HSAB)理论进一步解释了其对Pb²⁺的选择性（比离子交换树脂高80倍）。

经济与环境效益
虽然AFs生产成本（15-30美元/kg）高于沸石，但其原料来自食品工业废料（如乳清），且可生物降解。与反渗透联用可降低40%处理成本，在核废水处理等高端领域具独特优势。

该研究不仅阐明了AFs“结构-性能”的构效关系，更创新性提出将生物吸附与膜技术耦合的解决方案。作者建议未来研究应聚焦于：1) 开发规模化连续生产工艺；2) 建立重金属回收的闭环系统；3) 优化AFs与光催化技术的协同效应。这项工作为应对全球水危机提供了兼具生态与经济效益的新范式。