金属交联海藻酸钠-壳聚糖复合吸附剂表面电荷调控：优化阴/阳离子多糖比例实现水中Cd2+和Cr3+高效去除

研究人员针对传统多糖基吸附剂水稳定性差、再生性不足的问题，创新性地通过调控海藻酸钠(SA)与壳聚糖(CS)比例(2:1)构建Zr/Fe交联复合吸附剂。该材料通过表面电荷调控(pHZPC=4.3)显著提升对Cd2+(77.88 mg/g)和Cr3+(66.36 mg/g)的吸附能力，其Langmuir等温线和伪二级动力学模型(R2=0.99)证实化学吸附主导的均质单层吸附机制，为重金属废水处理提供新型环保解决方案。

　　

水体重金属污染已成为全球性环境挑战，镉(Cd)和铬(Cr)作为典型的有毒重金属，其在水中的积累会引发肾脏疾病、心血管问题甚至致癌效应。世界卫生组织(WHO)规定饮用水中Cd和Cr的限值分别为0.003 ppm和0.05 ppm，这对水处理技术提出了严格要求。虽然现有吸附、沉淀、膜分离等方法各具优势，但生物聚合物基吸附剂因其环境友好、可再生特性备受关注。然而，海藻酸钠(SA)和壳聚糖(CS)单独使用时存在水稳定性差、表面活性位点有限等缺陷，如何通过材料设计突破这些限制成为研究热点。

针对这一科学问题，摩洛哥穆罕默德六世理工大学(UM6P)应用化学与工程研究中心(ACER CoE)的研究团队创新性地开发了Zr/Fe交联的SA-CS复合吸附剂。通过精确调控SA与CS比例为2:1，成功制备出具有负电表面(pH_ZPC=4.3)的稳定复合材料，实现了对Cd²⁺和Cr³⁺的高效去除，相关成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》期刊。

研究采用FTIR、XRD、SEM-EDX、BET和TGA等技术对材料进行系统表征，结合批量吸附实验考察pH、剂量、浓度等参数影响，通过等温线和动力学模型解析吸附机制，并运用分子动力学(MD)模拟计算吸附能。关键发现包括：1) 2:1 SA/CS比例使材料表面负电荷显著增强；2) Zr/Fe交联有效提升材料水稳定性；3) 吸附过程符合Langmuir模型和伪二级动力学，表明化学吸附主导；4) MD模拟显示Cd²⁺和Cr³⁺吸附能分别为-140.7和-21.9 kcal/mol。

在"材料表征"部分，SEM显示复合材料具有粗糙表面(58.3×41.4 μm)，吸附后变得光滑；FTIR证实-COO^-和-NH₂参与金属配位；XRD检测到Fe₃O₄和ZrO₂特征峰；BET测得比表面积为8.8 m²/g。"吸附性能"研究表明，pH 6时Cd²⁺吸附量达50.25 mg/g，pH 5时Cr³⁺为46.49 mg/g，0.05 g剂量即可实现>90%去除率。"机制解析"部分揭示吸附通过静电吸引、离子交换(Na⁺/Mⁿ⁺)、配位作用协同实现，MD模拟证实Cd²⁺主要与-COO^-结合，CrOH²⁺则通过氢键作用。

该研究的重要意义在于：1) 通过精确调控多糖比例实现表面电荷工程化设计；2) 金属交联策略解决了生物聚合物水稳定性难题；3) 建立的"结构-性能"关系为新型吸附剂开发提供范式；4) 材料对Pb²⁺、Al³⁺等也具有优异吸附性能，展现出广谱应用潜力。这项工作不仅为重金属废水处理提供了性能优异的环保材料，其表面电荷调控策略更为功能化生物聚合物设计开辟了新途径。