引用本文:王雅,朱飞宇,李启兰,等.木质素基水凝胶的制备及其水中重金属离子去除机制进展[J]. 化学试剂，2024，46(8)：42-49.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2024.0088
背景介绍
重金属污染作为环保领域的热点问题，其低成本、高效、环保的治理技术和手段的开发在污染治理方面具有重要意义。通过高效水凝胶吸附材料应用背景，分析引入可再生天然材料——木质素在成本与性能各方面的优势。介绍木质素基水凝胶从制备到去除重金属的机制研究，详细阐述了其物理和化学机制，重点探讨了表面化学吸附、配位作用和离子交换等机制的原理与应用。进一步通过木质素基水凝胶在环境修复领域中实际应用面临的挑战，对其未来的发展方向进行了展望，以期为水凝胶领域的研究提供有力依据。
文章亮点
1.详细介绍了木质素基水凝胶原料的提取与制备方法，分析影响木质素基水凝胶性能的关键因素；
2.分类总结了木质素基水凝胶除重金属的相关机制与假说；
3.阐述了木质素基水凝胶在重金属污染治理中规模化应用面临的挑战，展望木质素基水凝胶在未来发展的新道路新方向。
内容介绍
1 木质素基水凝胶的制备及特性
1.1 木质素基水凝胶的制备
1.1.1 木质素的提取方法
目前针对木质素的提取，常用的方法如表1所示，包括碱法、酸法和有机溶剂法等。
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1.1.2 木质素基水凝胶的制备方法
如图1所示，已被报道的水凝胶制备方法多种多样，而在其实际应用中研究人员多采用接支共聚法[28]或自由基聚合法[29]。
1.2 木质素基水凝胶的性能影响因素
木质素基水凝胶的重金属去除能力受到pH值、离子强度、吸附时间、吸附剂用量等多种因素的影响[37]。
其中重要的影响因素是溶液的pH值，溶液pH值会影响水凝胶的表面电荷，进而影响水凝胶对重金属离子的吸附效果。
2 木质素基水凝胶除重金属的机制研究
2.1 物理机制
如图4所示，Zhang等[44]首次使用多巴胺和海藻酸钠组装了木质素多层微球（LMM）水凝胶，其主要机制为静电引力和表面络合作用吸附重金属离子。
如图5所示，Yuan等[46]合成了一种含纤维素纳米纤维和碳点（CD）的新型荧光木质素基水凝胶，用于木质素的高价值利用和对Cr6+的吸附。该水凝胶以木质素和CCN-CD构建了三维多孔结构，提供了许多离子转运通道和活性位点，稳定了荧光信号，使得对Cr6+吸附效果可视化。
2.2 化学机制
Tang等[48]研究合成了一种新型E-LSAF吸附剂，通过将亚硫酸钠磺化丙酮接枝到铝上，并使用EPI交联固化去除水中钙离子，如图6所示。
如图7所示，Yao等[49]介绍了采用溶液接枝共聚法制备的木质素衍生物BLPAMA对Pb2+具有较高的吸附能力和选择性。
2.3 吸附机制假说
3 木质素基水凝胶在重金属污染治理中的应用展望
木质素作为自然界中含量第二丰富的可再生资源，具有可降解、增强性、抗氧化性以及生物活性等特点，因此在境修复领域具有重要的应用价值[52]。由于木质素制备成的水凝胶保留了木质素的优点可用于去除废水、土壤和其他受污染环境中的重金属离子[53]。然而，他们的实际规模化应用还面临着巨大挑战，例如开发可工业化的生产方法对特定重金属离子去除方面，需要更深入的研究以优化其去除重金属离子的效果；同时，木质素基水凝胶的再生和回收问题也亟待解决，以提高其经济性和可持续性。
4 结论
综上所述，木质素基水凝胶具有良好的生物相容性、环境适应性强、生产成本低等优点。能够满足多种重金属离子的去除，但重金属离子去除是一个复杂的过程，涉及多种物理和化学机制，包括吸附、螯合、沉淀等。在重金属离子去除方面，木质素基水凝胶已被证明具有良好的去除效果，其机理研究也引起了许多研究人员的关注，对于木质素基水凝胶除重金属的关键机制还存在许多争议，但相关的成果已经初步奠定了该领域的基础。木质素基水凝胶以其独特的性质和可调控的结构，不仅在环境污染物的高效去除和资源回收上有巨大潜力，同时也在环境监测领域展现出广阔的应用前景，特别是在开发低成本、高效率、绿色可持续的新型环境传感器方面有着重要的研究价值和发展空间。鉴于木质素基水凝胶兼具可持续性、可再生性和多功能性特点，未来应用的研究方向可以从以下几个方面探索：（1）木质素基水凝胶大规模工业化生产的可行性；（2）进一步提高其对多种重金属离子的吸附选择性及饱和吸附容量；（3）对木质素表面的某些亲水基团进行修饰，通过制备多种功能化木质素基水凝胶探究其吸附重金属的机理，为解决全球水资源重金属污染问题提供更先进的解决方案。
