氨基功能化酚醛树脂吸附剂的多机制协同作用及其对重金属离子的高效去除研究

　　【编辑推荐】针对水体重金属污染治理难题，景德镇陶瓷大学团队开发了一种新型3-氨基酚-甲醛聚合物（APF）吸附剂。该材料通过绿色自组装法制备，无需有毒交联剂，具有可控氨基密度和分级孔隙结构，对Cd2+ 、Cr6+ 等重金属展现多重吸附机制（静电吸引/螯合/离子交换），其中Cd2+ 吸附容量达297.75 mg·g?1 ，性能超越传统黏土复合材料并媲美MOFs，为复杂水体修复提供了经济高效的解决方案。

　　

随着全球工业化进程加速，水体中的重金属污染已成为威胁生态安全和人类健康的重大环境问题。砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)等重金属离子因其高溶解性和生物不可降解性，能在环境中长期累积，并通过食物链富集引发癌症、神经系统损伤等严重疾病。传统水处理技术如膜过滤、离子交换等存在成本高昂、易产生二次污染等缺陷，而现有吸附材料如层状双氢氧化物(LDHs)、金属有机框架(MOFs)虽有一定效果，但仍面临离子选择性差、再生性能弱、合成工艺复杂等瓶颈。

针对这些挑战，景德镇陶瓷大学的研究团队在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》发表了一项突破性研究。他们创新性地采用3-氨基酚与甲醛的绿色自组装策略，开发出具有多重吸附机制的氨基功能化酚醛树脂（APF）。这种纳米级聚合物通过优化单体比例精准调控氨基密度和孔隙结构，不仅避免了传统合成中有毒交联剂的使用，还实现了对多种重金属离子的协同捕获。

研究团队运用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等表征技术确认材料具有400 nm左右的球形纳米结构，并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实了材料表面丰富的-NH₂
和-OH官能团。吸附实验显示，APF对Cd²⁺
的吸附容量高达297.75 mg·g^?1
，远超LDHs复合材料（293.4 mg·g^?1
）和磺化Zr-MOFs（194.91 mg·g^?1
）。通过系统研究pH值、接触时间等参数，团队揭示了三种协同机制：在酸性条件下通过静电吸引捕获Cr⁶⁺
氧阴离子，通过氨基螯合主导Cd²⁺
去除，以及通过离子交换作用固定Pb²⁺
/As³⁺
。

【材料制备与表征】研究采用温和的水相合成法，将3-氨基酚与甲醛在氨水催化下缩聚，通过调节单体比例控制材料交联度。利用氮气吸附-脱附测试(BET)证实材料具有分级孔隙结构，X射线衍射(XRD)分析显示其非晶态特征，X射线光电子能谱(XPS)则验证了重金属吸附后的化学态变化。

【吸附性能研究】
• Cr⁶⁺
吸附：遵循Langmuir模型和伪二级动力学，最大容量163.34 mg·g^?1
，酸性条件下以HCrO₄
^?
静电吸附为主
• Cd²⁺
吸附：符合Langmuir模型和伪一级动力学，297.75 mg·g^?1
的容量源于氨基的强配位能力
• 竞争吸附：Cr⁶⁺
/As³⁺
存在物理竞争，但各自占据不同活性位点

【结论与展望】该研究成功开发出具有工业应用潜力的多功能吸附剂，其创新性体现在：1) 绿色合成路径避免了传统酚醛树脂的毒性问题；2) 通过分子设计实现多机制协同吸附；3) 对阴阳离子型重金属均表现出卓越性能。特别值得注意的是，材料在模拟废水测试中保持稳定，且可通过稀酸洗脱再生，为实际水处理提供了新思路。未来研究可进一步探索材料在复杂基质中的选择性识别能力，以及规模化生产的工艺优化。这项工作为发展"一材多用"的环境修复材料提供了重要范式，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中"清洁饮水和卫生设施"目标具有积极意义。