新型苯并噁嗪交联磁性壳聚糖纳米复合材料高效去除罗丹明B染料及其吸附机理研究

本综述系统介绍了一种创新的壳聚糖(Chitosan)基磁性纳米复合材料(Ch-BOX/Glu/Fe3O4)的合成与表征，通过苯并噁嗪(BOX)功能化、戊二醛(Glu)交联和四氧化三铁(Fe3O4)掺杂技术，显著提升了材料的热稳定性(T50=420°C)和吸附性能。研究表明该材料对罗丹明B染料的最大去除率达81.3%，吸附过程符合准二级动力学模型(R2=0.99)，为工业废水处理提供了新型磁回收吸附剂解决方案。

　　

亮点

本研究通过创新性的苯并噁嗪交联和磁纳米粒子复合技术，开发出具有优异热稳定性和磁响应性的壳聚糖基吸附材料，为染料废水治理提供了新思路。

材料

壳聚糖（脱乙酰度70–95%，分子量3600 g/mol）购自Piochem公司。2-氨基苯酚、乙二醛（40%）、戊二醛、六水合氯化铁、水合氯化亚铁和氢氧化铵（33%）均来自商业渠道。乙酸、罗丹明B、甲醇和丙酮购自Srlchem公司。

表征技术

采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（¹HNMR）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、热重分析（TGA）和能量色散X射线光谱（EDX）对复合材料进行多维度表征。

FTIR分析

FTIR光谱揭示了壳聚糖（Ch）、Ch-BOX/Glu和Ch-BOX/Glu/Fe₃O₄的结构演变（图1）。壳聚糖在3434 cm^?1处显示O-H和N-H伸缩振动宽峰，2923 cm^?1处为C-H伸缩振动峰，1631 cm^?1和1594 cm^?1处分别为酰胺I带和N-H弯曲振动峰。Ch-BOX/Glu在1582 cm^?1处出现尖锐的C=N席夫碱特征峰，1499 cm^?1处强度增加证实苯并噁嗪环成功接枝。

吸附剂用量对罗丹明B去除的影响

通过紫外可见光谱（556 nm）评估吸附剂用量（0.1-0.5 g）对RhB（20 mg/L）去除率的影响。如图8A所示，Ch-BOX/Glu在0.5 g时达到81.3%的最高去除率，而磁性复合材料Ch-BOX/Glu/Fe₃O₄最高去除率为79.7%。非磁性材料因更高活性位点密度而呈现更优性能。

结论

本研究成功构建了新型Ch-BOX/Glu/Fe₃O₄纳米复合材料，Fe₃O₄平均粒径10.4 nm，苯并噁嗪负载率50%，热稳定性显著提升（T₅₀=420°C）。吸附实验表明Ch-BOX/Glu对RhB的去除效能优于磁性版本，且符合准二级动力学模型，证实化学吸附机制。循环实验显示非磁性材料经3次循环仍保持60%活性，展现出更优长期稳定性。该工作为开发高效、可回收的废水处理吸附剂提供了创新平台。