复合改性碳化发泡淀粉对镉(II)和氯四环素吸附性能研究

为解决水体中重金属镉(Cd2+)和抗生素氯四环素(CTC)污染问题，研究人员通过碳化-发泡-复合改性技术制备了壳聚糖(C)与十二烷基二甲基甜菜碱(D)共修饰的淀粉基吸附材料。实验证实D/C共改性碳化发泡淀粉(D/C-CFS)对Cd2+(202.26 mmol/kg)和CTC(461.11 mmol/kg)具有最优吸附性能，该自发吸热过程符合Langmuir模型，经3次再生仍保持69.32%-78.33%吸附效率，为水处理提供新型环保材料。

　　

淀粉(S)经过缺氧煅烧碳化生成碳化淀粉(CS)，再经氢氧化钠发泡处理形成多孔碳化发泡淀粉(CFS)。研究团队创新性地采用壳聚糖(C)和两性表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱(D)对材料进行单/双功能修饰，制备出C-CS、C-CFS及D/C-CS、D/C-CFS系列复合材料。

电镜观察揭示发泡工艺使CFS形成独特的网状多孔结构，孔径分布呈现不规则特征。傅里叶红外光谱证实改性过程成功引入了氨基(-NH₂)、羧基(-COOH)等活性基团。批量吸附实验显示，所有材料对Cd(II)和氯四环素(CTC)的吸附行为均符合Langmuir单分子层吸附模型，其中D/C共改性材料表现尤为突出：对Cd²⁺的饱和吸附量达202.26 mmol/kg，对CTC更高达461.11 mmol/kg，较未改性材料提升2-3倍。

温度升高和pH值增加(5-7范围内)显著促进吸附过程。热力学参数ΔG⁰<0、ΔH⁰>0表明这是自发的吸热反应，熵增效应(ΔS⁰>0)起主要驱动作用。动力学分析显示吸附速率受物质转移步骤控制。值得关注的是，经过3次吸附-解吸循环，D/C-CFS对两种污染物的保持率仍超69%，其稳定的再生性能展现出实际工程应用潜力。该研究为开发高效双功能生物质吸附剂提供了新思路。