一种经济且环保的壳聚糖-黄原酸功能化水凝胶在重金属修复中的应用：钴和铜去除的吸附行为与机理研究

《Surfaces and Interfaces》：An Economical and Eco-Friendly Chitosan–Xanthate Functionalized Hydrogel for Heavy Metal Remediation: Adsorption Behavior and Mechanistic Study of Cobalt and Copper Removal

　　

阿宾德·乔拉西亚（Arbind Chaurasiya）|兰加巴希亚姆·塞尔瓦森比安（Rangabhashiyam Selvasembian）|普尔恩·普拉卡什·潘德（Poorn Prakash Pande）

摘要

从水系统中去除重金属离子（HMIs）是一个重要的环境挑战，因为这些离子具有毒性、持久性，并且在生态系统中会积累。因此，本研究强调了开发低成本、高效且环保的吸附剂以去除废水中的重金属污染物对于环境和人类健康的重要性。具有高水分含量和交联网络结构的“水凝胶”吸附剂为从水中吸附和去除重金属离子提供了有效且前景广阔的材料。本研究探索了一种新型壳聚糖黄原酸盐基水凝胶（CSXHs水凝胶）的合成方法，该水凝胶被用于去除Co²⁺和Cu²⁺离子。在CSXHs水凝胶框架中引入黄原酸盐基团后，通过含硫活性位点显著增强了金属结合能力，提高了吸附选择性、去除效率、膨胀性能、表面负电荷以及水凝胶的可重复使用性。最重要的结果是CSXHs-3水凝胶表现出优异的选择性和吸附性能：在最佳条件下，其24小时内的膨胀量为295.55克/克（g g^–1），保水能力为89.25%；同时，对Co²⁺和Cu²⁺离子的去除效率分别达到了95.38%和98.57%。Langmuir等温模型能够很好地拟合实验数据，其吸附容量分别为508.87毫克/克（mg g^–1）和533.86毫克/克（mg g^–1），表明这是一种单层吸附过程。此外，PSO动力学模型也适用于实验数据，其速率常数分别为2.20×10^–4和2.26×10^–4克（mg·分钟）^–1（对于Co²⁺和Cu²⁺），表明这是一种化学吸附机制。第四次循环后，水凝胶的吸附效率仍保持在86.11%（Co²⁺）和89.26%（Cu²⁺）。在模拟废水中，Co²⁺和Cu²⁺离子的去除效率分别为85.44%和87.51%。而在动态系统中，这些离子的去除效率分别达到了98.75%和99.04%。该水凝胶的估计成本为4.22印度卢比/克（INR g^–1）。研究结果表明，这种吸附技术是一种可扩展的方法，可用于高效净化受重金属污染的废水。