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user: 3. 海藻酸钠及其衍生材料处理废水的应用 近年来，由于新型可持续水凝胶材料的研发，拓展了海藻酸钠在废水处理中的应用 [ 29 ]。水凝胶基复合材料具有物理和化学稳定性好、表面光滑、聚合物网络结构灵活、可重复利用和多功能等特点 [ 30 ] [ 31 ]，在吸附去除不同类型的有机污染物和无机污染物方面有极大的用途。在众多的水凝胶中，海藻酸钠水凝胶因其分子链上有大量的游离羧基(-COONa)、羟基(-OH)，这些基团可以通过配位、离子交换、螯合、静电力的作用吸附金属离子和有机污染物 [ 32 ] 的特点而受到众多研究学者的关注。 3.1. 处理重金属离子废水 重金属是目前我国需要应对的危险性污染物之一，严重影响着人类的健康和生态平衡，如急性铅中毒会引发大脑损害、肾脏受损和肠胃疾病等 [ 33 ]。海藻酸盐具有丰富的官能团，可与重金属离子发生螯合作用、静电作用等，从而来实现对重金属离子的高效捕获和去除 [ 34 ]。改性海藻酸钠制备凝胶球对多种重金属离子(如Cu (II)，Cr (VI)，Cr (III)，Cd (II)，Ni (II)，Pb (II)，Sb (III))均有较好的处理效果，且大多经过多次解析后可循环重复利用(如表1)。 Table 1 Removal of heavy metal ions in solution by sodium alginate gel and its derivative material 研究人 重金属离子 材料 吸附效果 参考文献 Fotsing Cu(II) 可可皮和海藻酸钠的 复合材料 Cu (II)的最大吸附容量为76.92 mg/g。 [ 35 ] 刘珊 Cu(II) 海藻酸钠改性铝污泥 功能球 化学吸附，单层吸附， 5次吸附–脱附后仍保持较好的吸附活性。 [ 36 ] Hu Cu(II) 碳酸钙改性的海藻酸钠凝胶小球 添加适量碳酸钙，Cu (II)的吸附量增加了2倍， 碳酸钙是高效便捷的成孔剂。 [ 37 ] 肖燕萍 Cr(VI) 海藻酸钠包埋–蒙脱石–零价铁颗粒 30 mg/L Cr (VI)的去除率达到89.49%， Cr (VI)的最大吸附量为17.25 mg/g。 [ 38 ] Gokila Cr(VI) 壳聚糖和藻酸盐纳米 复合材料 在PH = 5时达到最佳，对Cr (VI)的最大去除量为147.15 mg/g。 [ 39 ] Wei Pb(II) Ni(II) Cu(II) 海藻酸钠改性石墨氮化碳复合水凝胶 对Pb (II)，Ni (II)和Cu (II)的最大吸附容量分别为383.4、306.3和168.2 mg/g，重复利用五个循环没有明显的吸附容量损失。 [ 10 ] Farbod Cd(II) 海藻酸钠和聚乙烯醇制备的纳米纤维 平衡吸附的最大量为67.05 mg/g，通过Langmuir模型获得的 最大吸附容量为93.163 mg/g。 [ 40 ] Li Pb(II) 新型藻酸钠磁性 磁珠 对Pb (II)的最大吸附容量为333.33 mg/g，海藻酸钠的羧基和羟基 以及与Fe和Zr结合的羟基参与了Pb (II)的吸附。 [ 41 ] Yi U(VI) 新型藻酸钠/聚乙烯醇/ 氧化石墨烯水凝胶微球 最大吸附容量为403.78 mg/g， 5个循环后仍表现出出色的可重复使用性。 [ 42 ] Lili Sb(III) 超支化聚酰胺官能化海藻酸钠微球 对Sb (III)的最大去除量为35.578 mg/g，8次吸附–解吸后， 微球的吸附容量保持在90%以上，并且在含有多种离子的 溶液中对Sb (III)的选择性相对稳定。 [ 43 ] 表1. 海藻酸钠凝胶及其衍生材料对溶液中重金属离子的去除 海藻酸钠及其衍生材料对重金属离子的吸附主要由于是其自身的官能团与金属离子之间发生相互作用，根据这种相互作用的不同，海藻酸钠对金属离子的吸附过程可分为化学吸附和物理吸附。化学吸附是指金属离子与吸附剂表面分子或原子发生了电子的转移、化学键的生成和破坏，主要特点是大多数化学吸附过程中仅发生单分子层吸附，吸附热与化学反应热相当，会消耗大量的活性吸附位点，且多数化学吸附过程不可逆，因此发生化学吸附的复合材料在吸附稳定后不宜解吸，解析后再次循环使用时吸附容量会明显降低。物理吸附是由吸附质和吸附剂之间的范德华力所引起，由于是分子间的吸引力所引起的吸附，所以物理吸附的主要特点是多为多层吸附，结合力较弱，吸附和解吸速度也都较快。发生物理吸附的海藻酸钠基复合材料经过解析后多可循环使用，物理吸附又包括离子交换、螯合作用、静电作用等多种形式。 改性海藻酸钠制备凝胶球去除废水中的重金属离子具有简便、经济、有效的特点。海藻酸钠本身为粉末状作为吸附剂后不易从溶液中分离，添加其他性能优异的吸附材料与海藻酸钠交联制备凝胶复合材料来去除水中的重金属离子效果明显，且分离性能优越，复合材料可通过沉淀法快速从溶液中分离出来，为工业应用提供了可能性，此外海藻酸钠及复合材料具有出色的可重复使用性，在多次吸附-解吸循环后仍然具有良好的吸附能力，可有效地减少在实际应用中的成本。 3.2. 处理染料废水 社会的不断发展推动了印染工业的快速发展，同时也产生了大量的高浓度染料废水。染料为有机合成的材料，在工业纺织废水的处理中较为困难。吸附法是印染工厂废水处理的主要方法之一，目前最典型的材料为活性炭，但活性炭吸附具有再生性能差、价格昂贵、容量低的问题，限制了在工业应用中的进一步发展。海藻酸钠及其衍生材料因其具有优良的活性吸附基团，对染料废水的处理具有明显效果(如表2)，且物理和化学性能稳定，具有良好的再生和循环利用性，在印染废水处理的工业应用中具有广泛前景。但目前海藻酸钠基复合材料作为吸附剂处理染料废水的研究，大多数针对单一染料，而印染废水成分复杂且PH值范围变化大，将其应用于工业实际中还需要进一步研究。 Table 2 Application of sodium alginate gel and its derivatives in dye wastewater treatmen 研究人 污染物 吸附材料 吸附效果 参考文献 Mahsa 亚甲基蓝 沸石/镍铁氧体/海藻酸钠磁性纳米复合材料 最佳pH为5，初始染料浓度为10 mg/L，吸附剂用量0.03 g， 吸附亚甲蓝的最大容量约为54.05 mg/g。 [ 44 ] Djebri 亚甲基蓝 酸活化有机膨润土， 藻酸盐和藻酸盐/酸活化有机膨润土复合珠 三种材料在298 K下对亚甲基蓝的最大吸附容量分别为263.80 mg/g、 483.6 mg/g和799.43 mg/g。藻酸盐/酸活化有机膨润土复合珠六个 再生循环后，对亚甲基蓝的去除量仍达89.7%。 [ 45 ] 张文良 亚甲基蓝 海藻酸钠/羧甲基纤维素气凝胶 温度为303 K时，最大吸附量为3160.49 mg/g。 吸附过程符合准二级动力学模型，化学吸附。 [ 46 ] Zi 亚甲基蓝 海藻酸钠和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙-1-丙烷磺酸微珠 平衡吸附容量为2977 mg/g， 可以保持稳定的吸附能力至少三个循环。 [ 47 ] Yang 碱性品红 聚丙烯酰胺/氧化石墨烯气凝胶 最大吸附量高达1034.3 mg/g。 [ 48 ] Abbas 孔雀石绿 超顺磁性藻酸钠包覆的Fe 3 O 4 纳米颗粒 最大吸附容量为47.84 mg/g，符合伪二级动力学模型； FT-IR和TGA表征表明纳米颗粒中包含约14%的海藻酸钠。 [ 49 ] N.B 甲基橙 活化有机膨润土/海藻酸钠复合材料 甲基橙的吸附量随材料中活化有机膨润土比例的增加而增加， 符合Langmuir模型。 [ 27 ] Garmia 结晶紫 海藻酸盐包覆的复合珠状荨麻叶粉 最大吸附量为121.8 mg/g， 平衡吸附数据与Langmuir等温线拟合较好。 [ 50 ] 表2. 海藻酸钠凝胶及其衍生材料在染料废水处理中的应用 3.3. 再生循环处理 如表3所示，海藻酸钠水凝胶及其衍生材料除对废水首次吸附有明显效果外，大多可循环使用，经过解析介质解析脱附后对污染物仍有较强的吸附作用，在重复循环之后保持良好的性能，具有经济和可循环性。 Table 3 Regeneration cycle treatment of sodium alginate gel and its derivative material 研究人 吸附材料 吸附污染物 解析介质 循环效果 参考文献 Abbas 新型藻酸盐纳米 复合珠 亚甲基蓝 2 mL HCl (1 mol/L)和10 mL乙醇 在第一个循环中获得了最佳的吸附效果(90%)， 重复使用四个周期后，吸附率仍可达到72.55%。 [ 51 ] Liang 氨丙基三乙氧基硅烷改性的磁性凹凸棒壳聚糖复合水凝胶珠 Pb(II) 20 mL NaOH (0.01 mol/L) 五个吸附–解吸循环后去除率仍可以达到 为84.8 mg/g。 [ 52 ] Fan 甘蔗渣琥珀酸/海藻酸盐多孔凝胶珠 Pb(II) Cd(II) HCl (2 mol/L) 重复使用5次后对Pb(II)和Cd(II)的 去除率仍达到90%。 [ 53 ] Gao 离子印迹多孔藻酸盐微珠 Pb(II) HCl (0.1 mol/L)中使用硫脲(1% w/v) 5个吸附–解吸循环后吸附容量几乎保持不变， 具有良好的耐久性和高效率。 [ 54 ] Qiao 可漂浮磁性铁/ 生物炭珠粒 Cr(VI) 50 mL NaOH (0.1 mol/L) 再生后第一个周期Cr(VI)的去除率为56.3%， Cr(III)的去除率为80%。经过三个循环后仍然 可以分别吸附21.5%和40.5%的Cr(VI)和Cr(III)。 [ 55 ] Wang 海藻酸钠二巯基琥珀酸 混合气凝胶 Pb(II) 20 mL HNO 3 (0.05 mol/L) 10次吸附–解吸循环后，形貌略有变化(球形到平坦)，对Pb(II)的去除效率仍在94.5%~98.5%的 范围内。 [ 56 ] Jiang 海藻酸钠接枝聚丙烯酰胺/氧化石墨烯水凝胶 Cu(II) Pb(II) HCl (1 mol/L) 5个吸附–解吸循环后，Cu(II)的吸附容量仍超过80%，Pb(II)的吸附容量约占60%。 [ 57 ] Edwin 海藻酸钠聚(丙烯酸)@ZnO水凝胶纳米复合材料 亚甲基蓝 HCl (0.1 mol/L) 材料经过四个再生循环后吸附量 仍可达到95%以上。 [ 58 ] Qu 尿素甲醛改性的 藻酸盐微珠 Pb(II) Cd(II) Cu(II) HCl (0.05 mol/L) 经过五个循环后吸附容量保持在初始容量的 80%左右。 [ 26 ] 表3. 海藻酸钠凝胶及其衍生材料的再生循环处理