《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》：Glutaraldehyde crosslinked chitosan-
β-cyclodextrin/ZnO composite for the effective adsorption of Congo red anionic dye: A glimpse into adsorption performance and ANN modeling
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隨著紡織等行業發展，偶氮染料污染問題凸顯，剛果紅（CR）危害生態環境。研究人員合成 CS-GA-β-CD/ZnO 復合材料用于吸附 CR。結果顯示該材料吸附效率高、可重復使用，ANN 模型預測精準。這為 CR 污染治理提供新途徑。
在當今五彩斑斕的世界里，染料在紡織、造紙等眾多行業廣泛應用，給人們的生活帶來了豐富色彩。然而，這背后卻隱藏著嚴重的環境危機。偶氮染料作為使用最廣泛的一類合成染料，大量被排放到環境中。其中，剛果紅（CR）這種陰離子偶氮染料，就像潛伏在環境中的 “殺手”，對水生和陸地生態系統造成了極大的危害。它不僅會影響細菌、真菌等微生物的正常生長，還可能引發人類的嘔吐、過敏反應，甚至導致遺傳缺陷。傳統的污水處理方法，如吸附、光催化降解等，要么能耗高，要么會產生二次污染，難以滿足環保需求。因此，尋找一種高效、環保的方法來去除水中的剛果紅，成為了科研人員亟待解決的問題。
在此背景下，研究人員開展了一項關于使用新型復合材料去除剛果紅的研究。他們合成了一種基于殼聚糖（CS）的復合材料 CS-GA-β-CD/ZnO，該研究成果發表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上。這一研究對于解決剛果紅污染問題、推動環保吸附材料的發展具有重要意義。
研究人員為了探究該復合材料的性能，采用了多種關鍵技術方法。通過場發射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）、原子力顯微鏡（AFM）等對復合材料進行表征，了解其表面形態和結構；運用 UV-Vis 分光光度計進行吸附實驗，測定吸附前后溶液中剛果紅的濃度，從而計算吸附效率和吸附容量；利用等溫線、動力學和熱力學分析，研究不同因素對吸附過程的影響。
在研究結果部分：
- 吸附性能比較：研究人員測試了七種不同 β-CD 和 ZnO 含量的復合材料對 CR 和孔雀石綠（MG）的吸附性能。發現增加 β-CD 含量對 CR 和 MG 的去除影響不大，而增加 ZnO 含量可顯著提高 CR 的吸附量，但過高的 ZnO 負載會導致聚合物基質無法承載。最終確定了含有 0.056g ZnO 和 0.25g β-CD 的復合材料進行后續研究。
- 材料表征：通過 FE-SEM 和 AFM 觀察到，ZnO 納米顆粒呈球形，粒徑在 50 - 100nm 之間，CS-GA-β-CD/ZnO 復合材料表面有褶皺且較為粗糙。BET 分析表明該復合材料具有介孔結構，比表面積為 11.6m2/g，孔徑為 3.41nm。XRD 分析顯示 CS-GA-β-CD/ZnO 具有無定形結構，且在吸附 CR 后出現新的峰值，再生后結構穩定。FTIR 光譜分析表明復合材料中存在多種化學鍵，且吸附 CR 后峰形變化不大，說明 CR 與復合材料之間的化學結合力較弱，有利于復合材料的重復使用。熱分析顯示 ZnO 的加入提高了復合材料的熱穩定性。
- 吸附影響因素：研究發現，CS-GA-β-CD/ZnO 復合材料在酸性條件下對 CR 的吸附性能良好，最佳 pH 為 4。鹽的存在對吸附效率影響較小，增加復合材料的用量和初始 CR 濃度可提高吸附量，但過高的初始 CR 濃度會導致吸附位點飽和，吸附量下降。吸附過程在 180 - 300 分鐘達到平衡，且在高 CR 濃度下吸附速度較慢。
- 吸附模型：動力學研究表明，在不同的初始 CR 濃度下，偽一階（PFO）模型和 Elovich 模型能較好地描述吸附過程。等溫線研究顯示，Langmuir、Dubinin - Radushkevich（D - R）和 Liu 等溫線模型能較好地擬合數據，表明該復合材料對 CR 的吸附為單層吸附，且吸附過程是自發的。
- ANN 建模：利用人工神經網絡（ANN）對吸附數據進行建模，結果顯示 Levenberg - Marquardt（LM）和貝葉斯正則化（BR）算法都能有效預測吸附效率和吸附容量，線性回歸值 R2 > 0.995。
- 再生性能：對復合材料進行再生實驗，發現經過五次再生循環后，其吸附效率仍能保持在 93% 以上，表明該復合材料具有良好的再生性能。
- 吸附機理：CR 與 CS-GA-β-CD/ZnO 復合材料之間的吸附作用主要包括靜電吸引、氫鍵和 n→π* 相互作用。
- 與其他吸附劑比較：與其他吸附劑相比，CS-GA-β-CD/ZnO 復合材料具有較高的吸附容量，但也存在吸附速率較慢和需要較高用量的局限性。
研究結論表明，CS-GA-β-CD/ZnO 復合材料在去除剛果紅方面表現出良好的性能，具有高吸附效率、良好的再生性能和穩定性。等溫線數據與 Langmuir、D - R 和 Liu 等溫線模型的良好擬合，說明其吸附過程主要為單層吸附。ANN 分析也驗證了模型預測的準確性。然而，該復合材料的吸附速率相對較慢，這為后續研究提出了優化方向�？傮w而言，CS-GA-β-CD/ZnO 復合材料為剛果紅污染的治理提供了一種有潛力的解決方案，在環保領域具有廣闊的應用前景，同時也為進一步研究開發高效吸附材料提供了重要參考。
