偕胺肟功能化硅基气凝胶增强重金属离子吸附性能：机理解析与生命周期评估

【编辑推荐】本研究创新性地通过偕胺肟(amidoxime)功能化硅基气凝胶(ASA-X)实现了Pb2+/Cu2+的高效吸附（252.55/247.81 mg/g），结合XPS/DFT揭示了配位主导的化学吸附机制，LCA评估提出绿色制备策略，为工业废水重金属修复提供了兼具高性能与可持续性的解决方案。

　　

Highlight

本研究成功合成具有多位点吸附特性的偕胺肟功能化硅基气凝胶(ASA-X)。通过将偕胺肟基团整合到硅气凝胶骨架中，显著提升了Pb(II)和Cu(II)溶液的净化能力。形态结构表征显示其具有纳米颗粒组装的3D框架结构，包含介孔和大孔架构。

Materials

3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)购自上海阿拉丁生化科技公司，四乙氧基硅烷(TEOS)、氨水(NH₄OH)、氯化铅(PbCl₂)等试剂由西安化学试剂公司提供。

Synthesis of CSA-X and ASA-X

溶液A通过APTES与丙烯腈在乙醇中反应制备，溶液B由TEOS水解获得。两者经溶胶-凝胶过程形成氰基功能化气凝胶(CSA-X)，再通过羟胺盐酸盐处理转化为偕胺肟功能化产物(ASA-X)。

Characterization

SEM图像显示CSA-X和ASA-X均具有三维多级孔结构。ASA-X的比表面积达892.6 m²/g，孔径分布集中在3.8 nm，FTIR证实氰基成功转化为偕胺肟基团(C=N→C=N-OH)。

Conclusions

ASA-X对Pb(II)/Cu(II)的吸附容量分别达252.55和247.81 mg/g，XPS/DFT证实吸附主要源于偕胺肟基团与金属离子的配位作用。该材料在12次吸附-脱附循环后仍保持90%以上效率，LCA评估提出了更环保的制备方案。