壳聚糖包覆红茶磁性纳米复合材料高效去除水体中聚苯乙烯纳米塑料：绿色合成、影响因素及机制解析

【编辑推荐】本研究创新性地采用红茶提取物（含多酚）和壳聚糖（CTS）通过绿色合成法制备磁性纳米复合材料（BTMNPs@CTS），实现对水体中聚苯乙烯纳米塑料（PSNPs）的高效吸附（93%去除率，156.73 mg/g容量）。该材料兼具高比表面积（BET）、超顺磁性（VSM）和丰富官能团（FTIR/XPS验证），通过π-π堆积、氢键等机制作用，且可磁回收重复使用5次，为纳米塑料污染治理提供可持续解决方案。

　　

Highlight

BTMNPs@CTS的绿色合成方法标志着纳米材料生产的重大进步——采用可再生前体（红茶提取物和壳聚糖生物聚合物），完全规避了传统合成中有毒化学品的需求。该材料展现出卓越性能：在最佳pH 4条件下实现93%去除率，156.73 mg/g的高吸附容量，以及出色的磁分离能力（VSM显示饱和磁化强度达45.2 emu/g）。环境友好特性结合高效纳米塑料捕获能力，使其成为应对新兴污染物挑战的标杆技术。

SEM/EDS

扫描电镜（SEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）揭示了BTMNPs@CTS的独特形貌：原始BTMNPs呈现均匀球形（粒径80-120 nm），而壳聚糖包覆后表面形成明显聚合物层（图1a,b）。元素分布图（EDS）显示Fe、O信号被C、N信号覆盖（图1e），证实壳聚糖成功包覆。选区电子衍射（SAED）显示典型磁铁矿（Fe₃O₄）晶格条纹，XRD谱图中2θ=35.5°的特征峰进一步验证立方尖晶石结构（JCPDS No.19-0629）。

Environmental implications and perspectives

这项研究突破了纳米塑料治理的三大瓶颈：1）传统方法对<100 nm颗粒的低效（如絮凝法仅清除4.51–36.89%聚乙烯微塑料）；2）二次污染风险（如铝基絮凝剂残留）；3）高能耗（如光催化需UV持续照射）。BTMNPs@CTS的磁回收特性降低运营成本，而红茶多酚的还原作用使合成过程实现零重金属排放。未来可拓展应用于药物载体、工业废水深度处理等领域。

Conclusion

本研究成功通过绿色路线合成BTMNPs@CTS，其优势体现在：1）pH 4时0.1 g/L剂量即可实现>99%去除；2）吸附过程符合伪二级动力学和Langmuir模型，表明单层化学吸附主导；3）FTIR证实吸附后C=O键位移（1640→1632 cm^-1），XPS显示新出现的π-π*卫星峰（292.5 eV），共同验证了纳米塑料与材料表面氨基/羟基的多种相互作用机制。该工作为发展可持续水处理技术提供了范式转移。