聚多巴胺功能化超薄碳层封装磁铁矿纳米颗粒-氧化石墨烯复合纳米吸附剂（Fe3O4@C-GO@PDA）的构建及其对重金属离子的高效协同去除机制

为解决水体中重金属离子污染治理难题，天津大学团队通过聚多巴胺（PDA）功能化修饰超薄碳层封装磁铁矿-氧化石墨烯纳米复合材料（Fe3O4@C-GO），开发出兼具高吸附容量（Pb2+去除率94.6%）和可循环性（5次循环效率>95%）的纳米吸附剂。研究揭示其化学吸附主导机制（R2=0.9993），为工业废水处理提供新型绿色解决方案。

　　

水体中重金属污染是当前全球面临的重大环境挑战，工业废水排放导致铅（Pb²⁺）、镉（Cd²⁺）等有毒金属离子在环境中持续累积，通过食物链威胁人类健康。传统吸附材料存在选择性差、回收困难等瓶颈，而磁性纳米材料虽便于分离却易发生金属溶出。如何开发兼具高效吸附、稳定性和可回收性的新型材料，成为环境治理领域亟待突破的科学难题。

天津大学医学工程与转化医学研究院的研究团队创新性地将仿生材料聚多巴胺（PDA）与磁性纳米复合材料结合，通过多尺度结构设计构建了Fe₃O₄@C-GO@PDA三元纳米吸附剂。该成果发表在《Results in Chemistry》期刊，揭示了材料对多种重金属离子的协同去除机制。研究采用水热合成结合表面聚合技术，通过X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）解析吸附机理，并利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）定量评估吸附性能。

材料表征与性能优化

透射电镜显示10-12 nm的Fe₃O₄@C纳米球均匀分布在氧化石墨烯片层上，PDA修饰后材料分散性显著提升。XPS证实表面存在-NH₂、C=O等活性位点，比表面积达240 m²/g，为重金属吸附提供丰富活性位点。

吸附性能与机制

在pH=6条件下，材料对Zn²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺和Cd²⁺的去除率分别达99.1%、97.7%、94.6%和91.1%。动力学分析表明Pb²⁺吸附符合准二级模型（R²=0.9993），XPS检测到Pb 4f结合能位移（138.5 eV），证实-NH₂与Pb²⁺的配位作用主导化学吸附过程。

实际应用价值

采用乙酸乙酯洗脱再生后，材料经5次循环仍保持95%以上吸附效率，磁回收率达96.8%。该研究为开发绿色高效的水处理材料提供了新思路，其模块化设计策略可拓展至其他污染物治理领域。

这项研究通过仿生修饰与纳米技术融合，解决了传统吸附剂难以兼顾高效性与循环稳定性的矛盾。Fe₃O₄@C-GO@PDA的优异性能源于三大创新：碳层封装保护磁核稳定性、PDA引入多重官能团、氧化石墨烯提供高比表面。未来通过优化表面官能团配比，有望实现特定金属离子的精准捕获，为重金属污染治理提供新的技术路径。