可回收果胶/聚乙烯醇纳米纤维的绿色制备及其对铜离子的高效吸附机制研究

本推荐语针对一项环境材料学研究：团队通过静电纺丝技术成功构建了戊二醛（GA）交联的果胶（Pec）/聚乙烯醇（PVA）复合纳米纤维，并系统探究其对Cu2+的吸附性能。结果表明，材料具有优异的水稳定性、吸附动力学（3小时达平衡）及再生性（5次循环后保持80%容量），吸附机制涉及离子交换与配位作用，为重金属废水处理提供了兼具高效性与可持续性的新型吸附剂方案。

　　

Materials

聚乙烯醇（PVA，型号1788，平均分子量：75,000 g/mol，醇解度87.0–89.0 mol%）、果胶（Pec，分子量：100,000–150,000 g/mol，半乳糖醛酸含量87%，酯化度41%，苹果来源）和戊二醛（GA，分子量：100.12 g/mol，50%水溶液）购自上海麦克林生化科技有限公司。所有试剂未经进一步纯化直接使用。实验全程采用超纯水（电阻率≥18.2 MΩ·cm）配制溶液。

Nanofiber morphology characterization

如表1所示，前驱体溶液的表面张力和电导率均随果胶含量的增加而上升。这一现象源于两种机制：表面张力增强受分子间相互作用调控——果胶分子富含羟基和羧基，具有强极性和亲水性。高果胶比例下，其分子分散度增加，通过界面电荷积累形成带电表面层，从而显著提升表面张力。电导率升高则归因于果胶中游离羧基的解离，释放出更多可移动离子（如H⁺和-COO^?），增强溶液离子强度。值得注意的是，尽管高果胶比例会略微降低溶液粘度，但电导率和表面张力的协同作用仍主导了纤维成形过程：更强的电场力和离子迁移率促使射流拉伸更充分，导致纤维直径减小（图1a-d）。交联后纤维直径略微增加（图1e），但仍保持均匀连续结构，无串珠或断裂缺陷，证明GA成功构建了稳定三维网络。

Conclusion

本研究通过静电纺丝技术制备了果胶/PVA复合纳米纤维，其中PVA有效改善了果胶溶液的可纺性，戊二醛（GA）作为交联剂赋予材料稳定的网络结构。结果表明，提高果胶比例会同步增加溶液电导率和表面张力，促进射流拉伸，从而减小纤维直径。GA交联不仅显著增强纤维的耐水性，还通过化学吸附机制（以离子交换和配位作用为主）实现对Cu²⁺的高效吸附。材料兼具良好机械性能和生物相容性，5次再生循环后仍保持80%吸附容量，展现出在重金属废水处理领域的应用潜力。

CRediT authorship contribution statement

Yuhao Wu: 原始撰写、验证、研究实施、数据整理

Xiaoqing Deng: 评审编辑、形式化分析

Jiawei Liu: 原始撰写

Jiancheng Huang: 原始撰写

Jianxin Liu: 资金获取

Xiaolei Zhang: 资金获取

Yue Lu: 软件支持

Xiang Li: 总体指导、数据 curation、概念设计

Declaration of competing interest

作者声明不存在任何可能影响本研究成果的已知竞争性经济利益或个人关系。

Acknowledgements

本研究得到新疆维吾尔自治区天山英才计划项目（2022TSYCJC0046）和上海第二工业大学大学生创新创业训练计划项目（202512044125）的资助。