硫化亚铁-浒苔多糖水凝胶的原位伏打电池效应同步修复水土中四环素与镉污染

　　本研究通过构建硫化亚铁-浒苔多糖水凝胶（FeS-EP-HD），实现了水土环境中四环素（TC）与镉（Cd(II)）的高效协同去除。材料最大吸附容量分别达213.6 mg/g（TC）和213.8 mg/g（Cd(II)），揭示了沉淀、离子交换、配位（Cd(II)）与氢键、孔隙填充（TC）等多机制协同作用。独特的FeS-CdS伏打效应（voltaic effect）进一步促进电子转移与污染物降解，而阳离子-π作用增强了污染物共吸附能力。土壤原位修复试验中，1.5‰添加量下TC与Cd(II)去除率分别达50.5%和47.9%，为二元污染治理提供了绿色高效的解决方案。

　　

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Experimental materials

九水合硫化钠（Na₂S·9H₂O, ≥98%）和乙酸（CH₃COOH, ≥36%）购自中国国药化学试剂有限公司，四环素（TC, ≥96%）和氯化镉（CdCl₂, ≥96%）购自阿拉丁化学有限公司。戊二醛（≥50%）和四水合氯化亚铁（FeCl₂·4H₂O, ≥98%）购自天津大茂化工。所有化学品均为分析纯。浒苔（EP）样本采集自中国黄海海岸，经去离子水清洗、60℃干燥后粉碎过100目筛备用。

FTIR, XRD, and Zeta potential analysis

如图1(a)所示，EP-HD与FeS-EP-HD的红外光谱在3374 cm^?1和1650 cm^?1处特征峰分别对应浒苔纤维素骨架中的–OH伸缩振动和C=C键振动。2930 cm^?1与2859 cm^?1双峰归因于C–H键的对称与不对称伸缩振动。对比表明FeS修饰后EP结构保持稳定。改性后–OH峰位移至低波数，证实FeS与多糖羟基形成配位键。XRD图谱（图1(b)）显示FeS-EP-HD在30.1°、33.9°、43.6°处出现FeS特征衍射峰（JCPDS No. 75-0602），证明成功负载纳米FeS。Zeta电位分析（图1(c)）表明材料在pH=3–10范围内带负电，有利于阳离子型污染物（如Cd(II)）的静电吸附。

Conclusion

FeS-EP-HD成功合成并展现出对TC与Cd(II)的高吸附容量。吸附过程符合伪二级动力学模型且为吸热反应。机理研究表明Cd(II)通过沉淀与络合作用去除，TC则通过氢键和孔隙填充吸附。FeS与CdS间的伏打效应（voltaic effect）增强了TC吸附，而预先吸附的TC通过阳离子-π作用进一步促进Cd(II)固定。土壤修复试验证实该材料能有效降低污染物的生物有效性，为实际环境修复提供了理论依据与技术支撑。