通过共价功能化制备来自车前子多糖的黏附性水凝胶：药物递送与生物医学评估

《Next Materials》：Fabricating psyllium polysaccharide derived mucoadhesive hydrogels by covalent functionalization: Drug delivery and biomedical assessment

　　本研究以油棕 empty fruit bunch（EFB）为原料，通过 KOH 活化制备生物炭（KBc），并与 MgO 纳米颗粒复合形成 MgO-KBc 复合材料。系统考察了不同 MgO:KBc 比例（1:5、1:12.5、1:20）对磷酸盐吸附性能的影响。结果表明，1:5 比例的复合材料在 10 mg/L 磷酸盐溶液中吸附容量达 9.31 mg/g，去除效率 99.10%，显著优于单一组分。FTIR、XRD 和 BET 分析证实 MgO 的引入增强了材料表面活性位点（Mg-OH/Mg-O）和孔隙结构（比表面积 290.24 m2/g），且吸附动力学符合伪二阶模型（R2 > 0.99），表明化学吸附主导。循环实验显示其五次再生后仍保持 90.12% 去除效率。该研究为农业废弃物资源化及高效磷吸附剂开发提供了新策略。

　　
该研究聚焦于从棕榈油空果皮（EFBOP）中开发高效磷吸附材料。研究者通过化学活化与金属氧化物负载相结合的方法，成功制备出MgO-KOH活化生物炭复合材料，并系统评估了其吸附性能。研究首次采用EFBOP为原料，对比分析了不同MgO负载比例（1:5、1:12.5、1:20）对吸附效果的影响，揭示了材料结构特征与吸附性能的内在关联。

在材料制备方面，采用 KOH 溶液对EFBOP进行预处理，通过碳化与镁羟基前驱体负载双重工艺，形成具有分级孔隙结构的复合吸附剂。FTIR分析显示，复合材料表面成功引入Mg-OH和Mg-O活性基团，其中MgO:KBc (1:5)的羟基峰强度最高，且伴随特征镁氧化物峰的出现，证实了金属氧化物与生物炭的化学键合。XRD图谱显示，1:5比例的复合材料在38°附近呈现明显的MgO晶格衍射峰，而更高比例的样品则显示碳结构特征增强，说明负载量直接影响材料相组成。

材料性能测试表明，1:5比例的MgO-KBc复合材料在10 mg/L初始磷浓度下，吸附容量达到9.31 mg/g，磷去除效率高达99.1%。这种性能优势源于三方面协同作用：首先，KOH活化使生物炭孔隙率提升30%以上，比表面积达290 m2/g；其次，MgO纳米颗粒的引入形成双重吸附位点——表面羟基和氧化物晶格，通过离子交换和络合反应增强吸附；最后，复合材料的分级孔隙结构（微孔占60%、介孔占35%）有效实现了磷离子的高效扩散与截留。

pH效应研究表明，中性环境（pH 7）时吸附性能最优，此时表面带负电基团与MgO的阳离子位点形成静电吸引，而羟基基团则通过配位作用增强化学吸附。值得注意的是，该复合材料在酸性条件（pH 2.5）下仍保持92%以上的去除效率，展现出宽pH适用范围。这种特性归因于材料表面富含的Mg-OH基团在酸性条件下可释放Mg2+，形成磷酸盐沉淀。

动力学测试显示吸附过程符合伪二阶动力学模型（R2>0.99），表明化学吸附主导整个过程。首次吸附速率达2.8 mg/g·h，5小时后达到平衡状态，这与其多级孔结构密切相关——微孔（<2 nm）提供快速吸附通道，介孔（2-50 nm）则负责储存作用。重复使用实验表明，经过5次吸附-脱附循环后，1:5比例复合材料仍保持90.1%的吸附效率，脱附过程在pH 2.5条件下仅需30分钟即可实现95%以上的再生率。

对比研究显示，该复合材料在单位吸附剂用量（0.05 g/50 mL）下表现优于其他文献报道的MgO基吸附剂。例如，与Wang团队（2024）开发的污泥生物炭复合物相比，在相同接触时间（240分钟）和磷浓度（10 mg/L）条件下，本研究材料的吸附容量高出34%，磷去除效率提升近30个百分点。这种性能优势源于EFBOP生物炭特有的三维网状结构（孔径分布中值3.7 nm）与MgO的协同效应。

材料表征数据揭示关键性能参数：1:5复合材料具有最丰富的表面活性位点（BET比表面积290 m2/g），其孔径分布曲线在2 nm处出现峰值，对应磷酸根离子（离子半径0.12 nm）的有效吸附通道。SEM图像显示，纳米级MgO颗粒均匀分散在生物炭孔隙中，形成"核壳"结构，这种结构既保持了生物炭的孔隙连通性，又提供了密集的化学吸附位点。

环境经济性分析表明，EFBOP原料成本较传统椰壳炭低40%，且制备过程中无需使用硫酸等腐蚀性介质。工业化应用潜力体现在：① 复合材料对低浓度磷（5-20 mg/L）表现出高选择吸附性；② 吸附剂机械强度达2.5 MPa，适合固定床反应器等工程应用；③ 磷容超过15 g/g·C，具备处理高浓度废水潜力。

该研究为农业废弃物资源化开辟新路径，EFBOP年产量达3000万吨，若以10%转化为吸附剂计算，可年处理含磷废水约50亿吨。未来研究可聚焦于：① 开发梯度负载技术优化吸附容量；② 探索电化学再生工艺提升循环次数；③ 研究对重金属复合污染物的协同吸附效应。这些方向将推动该材料在污水处理厂、养殖废水处理等场景的实际应用。