快速工业化导致了合成染料如亚甲基蓝（MB）的严重水污染，这些染料稳定、有毒、不可生物降解且具有致癌性，对水生生态系统和人类健康构成严重风险 [1], [2]。为解决这些问题，需要开发高效且可持续的染料去除技术，符合联合国可持续发展目标（SDGs），特别是 SDG 6 和 12 [3], [4]。已采用多种方法消除废水中的染料，包括化学沉淀、离子交换、过滤、生物处理、电化学过程和吸附。由于吸附具有高效率、低成本、易于使用和对环境影响较小等优点，因此变得越来越受欢迎 [5], [6], [7]。然而，常规吸附剂通常面临各种限制，如容量有限、机械强度差和可重复使用性差，这推动了人们对开发天然、可生物降解且具有成本效益的替代吸附剂材料的兴趣 [4] [8], [9], [10], [11], [12]。
近年来，高吸水性水凝胶（SAHs）因具有高吸水率、可调特性和对众多污染物的强亲和力，作为废水处理的高效吸附剂而备受关注 [4], [13], [14]。这些材料由三维轻度交联的亲水聚合物网络组成，能够吸收并保持大量水分而不发生结构失效。特别是源自天然生物高分子的可生物降解 SAHs，如木薯淀粉（CSt），由于其可再生性、生物相容性、丰富性和低成本而备受关注，与生物循环绿色（BCG）经济概念高度契合 [15], [16], [17], [18]。为进一步增强基于淀粉的 SAHs 的溶胀和吸附性能，通常将丙烯酸（AA）接枝到淀粉上，引入丰富的 OH 和-COOH 官能团 [17], [19], [20]。这种接枝是通过多种聚合技术实现的，包括热、紫外光聚合和辐射诱导方法 [4], [14], [18]。其中，紫外光聚合提供了一种快速、节能且环境友好的方法，能够在温和条件下实现快速合成 [4], [19], [21]。
在我们之前的工作中，通过一锅法紫外光聚合工艺成功制备并优化了 CSt 接枝聚丙烯酸（PAA）SAH 薄膜。获得了最佳合成条件，仅需 5 分钟的辐射，能量输入低（150 W）。优化后的水凝胶表现出优异的吸水溶胀率（35,645%），以及 1044 mg/g 的显著 MB 吸附容量和 4.08 mg/g.μM?1的令人满意的分配系数（PC）。此外，CSt-g-PAA 系统表现出优异的可生物降解性和生物安全性，使其成为没有纳米材料掺入的最有效淀粉基吸附剂之一 [4]。
尽管 CSt-g-PAA 薄膜具有高吸附容量和良好的生物相容性，但其较差的机械强度严重限制了实际应用。为了摆脱这一关键限制，同时保留基于淀粉材料的优势，纳米增强策略已被广泛探索。氧化石墨烯（GO）由于其高表面积和多个反应性官能团，是一种有前景的增强剂，能够与聚合物基体产生强相互作用 [3], [14] [22], [23], [24]。当作为纳米片掺入时，GO 可以作为有效的物理交联剂，增强水凝胶网络。然而，GO 掺入水凝胶通常引入了两个期望特性之间的关键平衡：增强通常会使网络更致密，从而降低网络灵活性、吸水溶胀和可用活性位点 [3], [25], [26]。因此，GO 掺入对 CSt-g-PAA SAH 系统的具体影响需要严格研究。更重要的是，对于快速紫外制备的基于淀粉的高吸水性水凝胶，最大化机械增强同时最小化溶胀、吸附可及性和再生性能损失的关键 GO 负载窗口仍然不清楚。
在目前的工作中，我们系统地研究了极低 GO 负载量如何控制 CSt-g-PAA 高吸水性水凝胶的机械增强、溶胀可及性、吸附性能和耐久性之间的权衡，而不是最大化 GO 增强。使用之前优化的快速一锅法紫外光聚合方法制备了具有不同 GO 负载量的 CSt-g-PAA/GO 纳米复合薄膜。核心目标是确定能够增强水凝胶网络而不过度限制溶胀和吸附位点可及性的最小 GO 含量。所得的结构 - 性能 - 性能关系通过物理化学、机械、溶胀和 MB 吸附分析进行评估，而吸附相互作用则通过 FTIR、XPS 和密度泛函理论（DFT）方法进行检验。实际性能通过重复吸附 - 解吸循环、共存染料和含盐合成废水测试，以及可生物降解性和生物安全性评估进行评估。这种综合优化表明，低 GO 负载量（1 mg）而不是更高的纳米填料含量，提供了吸附能力、机械完整性和再生稳定性之间最有利的平衡，为用于可持续染料废水处理的生物可降解淀粉基纳米复合吸附剂建立了一种合理且资源高效的设计策略。
