本文探讨了水凝胶的不同类别及各类表征技术，水凝胶可根据多种标准进行分类，包括来源（天然、合成、混合）、制备方法（共聚物、均聚物、半互穿网络等）、物理性质（传统、智能）以及交联方式（物理交联、化学交联）等。天然水凝胶如壳聚糖、纤维素等具有生物相容性和可降解性，而合成水凝胶如聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAAm)则具有更长的保质期和更好的机械强度。通过采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析(BET)、热重分析(TGA)等多种表征技术来研究水凝胶的物理化学特性。水凝胶在抗菌领域主要通过两种机制发挥作用：一是作为抗菌剂（如抗生素、纳米颗粒）的载体基质，实现控释系统，二是利用自身固有的抗菌特性（如壳聚糖的阳离子特性），已有研究表明，壳聚糖/ZnO纳米棒复合材料对白色念珠菌表现出75~90%的抗藻效率，而壳聚糖封装的ZnO杂化复合材料对大肠杆菌具有抗菌活性。这些发现为开发新型抗菌材料提供了重要思路。文章进一步讨论水凝胶具有高效的吸附去除、光催化降解、过滤和膜技术等特性在污水处理中表现出色，而水凝胶的高效吸附能力源于其三维网络结构和丰富的亲水基团（如-OH、-COOH、-CONH₂等）。已有研究表明，羟乙基纤维素-co-聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/单宁酸吸附剂水凝胶对亚甲基蓝的最大吸附容量可达3438.27 mg g^-1。

研究通过分析不同的等温模型、动力学模型及热力学模型，阐明了污染物吸附过程中的作用机制及作用力性质。此外，本文还介绍了密度泛函理论（DFT）、分子动力学（MD）等模拟方法，以助力更全面地理解污染物在水凝胶上的吸附过程。目前，采用蒙特卡洛模拟、计算流体动力学（CFD）等其他技术的研究较为有限，因此，探索多种计算方法对于全面理解水凝胶的吸附过程具有重要意义。

尽管水凝胶在环境治理中展现出巨大潜力，但当前研究仍存在一些挑战和机遇，但随着材料科学和环境工程的交叉融合，水凝胶材料必将在新兴污染物治理领域发挥越来越重要的作用，为水环境保护提供创新解决方案。这项研究不仅系统总结了水凝胶在环境治理中的应用现状，也为未来研究指明了方向，为开发更高效、更环保的新型水凝胶材料奠定了理论基础。

该研究结果发表在期刊Emerging Contaminants上。

文章信息 Emerging Contaminants

Hydrogel-based materials as antibacterial agents and super adsorbents for the remediation of emerging pollutants: A comprehensive review

Shabnam Ahmadi, Sina Pourebrahimi et al.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.emcon.2024.100336

期刊简介 Emerging Contaminants

Emerging Contaminants是世界领先的研究解决由新污染物引起的环境污染问题及其解决方案的期刊，该刊入选2020年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目。

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