电镀和电子工业废水中高浓度的铜离子(Cu²⁺)既是有毒污染物,也是宝贵的资源。吸附法是去除和回收Cu²⁺的有效手段,但传统吸附剂常面临吸附容量有限、选择性差、或难于从水中快速分离的痛点。本研究将多种功能材料复合,制备了毫米级的磁性氧化石墨烯/壳聚糖/聚乙烯醇(mGO/CS/PVA)复合水凝胶珠。在这一设计中,每种组分都扮演着关键角色:氧化石墨烯(GO)以其超高的比表面积和丰富的羟基、羧基、环氧基等含氧官能团,提供了巨大的Cu²⁺吸附/络合表面。壳聚糖(CS)是一种富含大量氨基(-NH₂)的天然高分子,氨基在弱酸性条件下能与Cu²⁺形成极其稳定的五元螯合环,赋予了水凝胶对Cu²⁺的高选择性和高吸附容量。聚乙烯醇(PVA)作为三维网络的骨架,通过冻融循环与CS形成互穿网络,极大地提升了水凝胶珠的机械强度和化学稳定性,使其能够填充于固定床吸附柱中反复使用。而原位掺杂的Fe₃O₄磁性纳米颗粒,则让水凝胶珠在完成吸附后,可以通过简单的磁铁或磁场快速从水中分离回收。
吸附实验表明,该水凝胶珠对Cu²⁺的最大吸附容量高达210mg/g,在含有高浓度Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等竞争阳离子的模拟废水中,对Cu²⁺展现了优异的选择性吸附能力。吸附饱和后的水凝胶珠,用稀酸即可高效再生,经过10个吸附-解吸循环,吸附性能未见显著衰减。该研究通过将不同功能的组分进行有机复合,成功制备了兼具高吸附容量、高选择性、易于分离回收和可重复使用的高性能Cu²⁺吸附材料,为工业废水中铜的资源化回收提供了极具潜力的材料方案。
标签: