CTS/PAMAM/SA/Ca2 水凝胶的制备及其对重金属离子的吸附性能

随着科学技术的发展，人们在重工业、轻工业和农业方面的活动越来越频繁，导致大量含有各种有害物质的污水不断排入自然界，其中包括重金属离子。传统上将密度大于4.5 g/cm的金属离子称为重金属离子。重金属离子作为一种不可降解的污染物，会随着生物圈的循环不断在食物链中积累，对人类和其他生物的健康造成极大的危害。其中，镉(Cd)是国际癌症研究机构列出的第一类致癌物。摄入低剂量可对人体器官、呼吸道和中枢神经系统造成严重损害。Cd中毒的症状有呼吸困难、胸闷、软骨沉着、肺炎、肺水肿和器官癌变。铜离子(Cu)是人体必需的微量元素之一，对维持正常代谢具有积极作用。

然而过度的摄入铜会对肠道、胃、肝脏等重要器官产生负面影响，并对细胞成分造成损害。铜中毒的疾病有关节炎、肝硬化、类风湿关节炎、精神障碍、腹水、代谢障碍和囊性纤维化。研究一种能有效去除污水中铜离子(Cu2 )和镉离子(Cd2 )的方法迫在眉睫。目前已经发展了膜分离法、离子交换法、溶剂萃取法和混凝法来降低污水中重金属离子的浓度。但大多数方法效率低，二次污染严重，很难在实际应用中推广。吸附法因其适用范围广、经济效益高、去除效果好、无二次污染等优点，在众多方法中脱颖而出，得到了广泛的研究和应用。

水凝胶作为一种具有三维聚合物网络结构的新型功能高分子材料，被广泛应用于污水中重金属离子污染物的去除。天津工业大学赵义平教授采用半溶解酸化溶胶-凝胶过渡法制备了壳聚糖/海藻酸钠/钙离子(CTs/SA/Ca2 )物理交联双网络结构的水凝胶，无需添加化学交联剂。同时，通过引入不同代的富氨基的支化聚酰胺胺来提高水凝胶的吸附能力，获得了无二次污染、环保、吸附量高的CTS/PAMAM/SA/Ca2 水凝胶吸附剂。实验结果表明，第三代超支化聚酰胺胺水凝胶的综合性能最好。其对铜离子和镉离子的最大吸附量分别可达174.82 mg/g和157.72 mg/g。

此外，通过对吸附过程影响因素的研究，发现水凝胶对铜离子和镉离子的吸附行为符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型。CTS/PAMAM/SA/Ca2 水凝胶具有吸附重金属离子容量高、结构均匀、可循环利用等优点。作为一种制备简单、性能优异的功能材料，具有良好的应用潜力和研究价值。

图. CTS/PAMAM/SA/Ca2 水凝胶吸附重金属离子机理示意图

文献来源：Heyu Sun, Jiang Zhan, Li Chen, Yiping Zhao*. Applied Surface Science 2023, 607, 155135.