成分比例对壳聚糖-阿拉伯胶共聚物吸附亚甲蓝染料的影响：基于Box–Behnken模型的对比分析

《Scientific Reports》：Effect of composition ratio on chitosan-gum Arabic copolymers for methylene blue dye adsorption: comparative evaluation using a Box–Behnken model

　　

摘要

合成染料排放到水环境中仍是一个严重的环境问题，因为这些染料颜色持久、可能具有毒性，并会对水质造成负面影响。本研究在温和条件下制备了三种成分比例不同的壳聚糖-阿拉伯胶复合材料（共聚物A、B和C），并对其吸附亚甲蓝的能力进行了比较研究。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对这三种材料进行了表征。FTIR光谱显示羟基、酰胺和羧酸相关谱带的位移和强度变化，表明壳聚糖与阿拉伯胶之间存在分子间相互作用。SEM图像显示表面纹理因成分不同而有所差异，而XRD图谱则显示出这些材料结构有序度的变化。研究采用Box-Behnken响应面法，以吸附剂用量（0.2–1.0克）、pH值（3–13）、接触时间（30–240分钟）和温度（25–60摄氏度）四个参数来研究亚甲蓝的吸附情况。统计模型显示出了不同的适用性水平：共聚物A的拟合度很差，预测R2值为负，说明其预测可靠性较低，因此需谨慎解读该模型；共聚物B呈现线性趋势，其中接触时间是影响吸附效果的最重要因素；共聚物C的模型响应最为理想，存在显著的pH值与用量之间的交互作用，且拟合度良好。实验验证结果显示，共聚物A、B和C的去除效率分别为44.3%、38.8%和59.8%。虽然这些去除效率相较于文献中报道的高性能改性吸附剂来说较为一般，但研究结果表明成分比例会影响壳聚糖-阿拉伯胶复合材料的结构特性及吸附性能。因此，这些制备得到的生物聚合物材料为进一步开发用于染料去除的应用提供了低成本且环保的解决方案。