仿生蜂窝状多孔壳聚糖/FeOOH/AlOOH复合微珠：氟离子吸附效能提升机制与DFT计算研究

本文创新性地构建了具有蜂窝状多孔结构的壳聚糖/FeOOH/AlOOH复合微珠（CFeAlB），其氨基（-NH2）和羟基（-OH）多功能基团与双金属活性组分协同作用，使氟离子（F?）吸附容量提升96.62%（29.1 mg g?1）。通过XPS、FTIR和DFT分析揭示了静电吸附、配体络合与离子交换的多重作用机制，为含氟废水处理提供了新型生物材料解决方案。

　　

Highlight

本研究通过共沉淀法制备了具有蜂窝状多孔结构的壳聚糖/FeOOH/AlOOH复合微珠（CFeAlB），其独特的孔隙结构和氨基/羟基多功能基团显著提升了氟离子（F^?）的吸附选择性。实验表明，CFeAlB对F^?的吸附容量达29.1 mg g^?1，较纯壳聚糖微珠提升96.62%。

Formation mechanism of CFeAlB

CFeAlB的蜂窝孔结构形成机制源于Fe³⁺与壳聚糖分子中-NH₂和-OH的螯合作用（图1）。当氨水中的OH^?接触混合溶液时，先与醋酸中的H⁺中和，进而引发壳聚糖/Fe³⁺沉淀反应。Fe³⁺的调控作用促使微珠内部形成贯通孔道，为F^?的快速扩散提供路径。

Conclusions

CFeAlB通过螯合交联策略成功整合了FeOOH/AlOOH双金属活性组分，其蜂窝状孔隙和多功能基团协同作用，20分钟内即可将含多种阴离子的废水中F^?浓度从10.1 mg L^?1降至1.3 mg L^?1。DFT首次证实AlOOH与F^?形成Al-F键，为壳聚糖基材料在含氟废水治理中的应用提供了新视角。