棕榈仁壳生物炭吸附亚甲基蓝及废吸附剂在潜指纹检测中的再利用研究

本研究针对工业废水中的亚甲基蓝(MB)染料污染问题，通过水热法制备棕榈仁壳生物炭(PKS-BC)吸附剂，系统考察了pH、温度、接触时间等因素对MB吸附的影响，证实Freundlich等温模型和伪二级动力学模型能最佳描述吸附过程，最大吸附量达263.16 mg/g。创新性地将负载MB的废吸附剂(MB-PKS-BC)转化为潜指纹(LFP)检测粉末，在多种基底上实现清晰成像，为废水治理与刑事侦查提供了双重解决方案。

　　

工业染料污染是威胁水生态安全和人类健康的全球性问题，其中亚甲基蓝(MB)作为典型阳离子染料，因其致癌性和环境持久性备受关注。传统吸附剂存在成本高、再生困难等问题，而农业废弃物转化生物炭因其丰富孔隙和表面官能团成为研究热点。更棘手的是，吸附后的废吸附剂处理不当会导致二次污染。针对这一系列问题，南非的研究团队创新性地将棕榈仁壳(PKS)这一农业副产品转化为高效吸附剂，并探索其"从治污到刑侦"的全链条应用，相关成果发表在《Green Analytical Chemistry》上。

研究采用水热法合成棕榈仁壳生物炭(PKS-BC)，通过FT-IR、XRD、SEM等技术表征材料特性；系统考察吸附条件对MB去除的影响，运用Langmuir、Freundlich等模型分析吸附机制；通过χ²误差分析优选拟合模型；最后将废吸附剂MB-PKS-BC用于不同基底上的潜指纹显影实验，评估其刑事鉴定价值。

3.1 FT-IR表征
红外光谱显示PKS-BC保留羟基(3441 cm^-1)和羧基(1728 cm^-1)等关键官能团，为MB吸附提供活性位点。

3.3 BET分析
氮吸附测试揭示PKS-BC具有586.1879 m²/g的高比表面积和4.07 nm的介孔结构，有利于染料分子扩散。

3.6.2 pH与zeta电位
在pH=8时达到99.6%去除率，此时材料表面负电荷(pH_ZPC=4.86)与MB⁺产生强静电作用。

3.6.4 吸附等温线
Freundlich模型(R²=0.9999)优于Langmuir模型，表明MB在PKS-BC表面的多层吸附特性，最大吸附量达263.16 mg/g。

3.6.6 吸附动力学
伪二级动力学模型(R²=0.9999)和Elovich方程证实化学吸附主导过程，速率常数k₂为0.4279 min^-1。

3.6.7 热力学研究
ΔG⁰为负值(-17.9964 kJ/mol)、ΔH⁰=-137.571 kJ/mol证实自发放热过程，ΔS⁰=0.4041 J/mol·K显示界面混乱度增加。

3.7 潜指纹检测
废吸附剂MB-PKS-BC在铝箔基底上呈现清晰的二级(分叉、岛状纹)和三级(汗孔)指纹特征，20天内仍可辨识老化指纹。

该研究实现了农业废弃物资源化利用的双重突破：一方面，PKS-BC的高效吸附性能(263.16 mg/g)源于其丰富的含氧官能团和介孔结构，Freundlich模型揭示的多层吸附机制为设计新型生物炭材料提供理论依据；另一方面，废吸附剂的指纹显影应用解决了环境二次污染问题，其与皮脂分泌物形成的氢键作用使潜指纹在非渗透性表面呈现高对比度图像。这种"污染治理-废物增值"的创新策略，不仅为染料废水处理提供经济方案，更拓展了法庭科学物证检测的技术路径。未来研究可进一步优化生物炭改性工艺，提升其在复杂基质中的指纹识别灵敏度。