双骨架煤矸石复合材料P-KSGM对亚甲基蓝和苯酚的协同吸附机制研究

为解决传统单骨架吸附材料在吸附容量与选择性上的双重瓶颈，实现环境中典型芳香污染物的高效去除，研究人员以煤矸石(CG)为原料，通过热活化-有机酸改性形成第一骨架，结合海藻酸钠(SA)与腐植酸钾(KHA)构建第二骨架，成功制备了双骨架结构吸附材料P-KSGM。该材料对亚甲基蓝(MB)和苯酚(Ph)的最大吸附量分别达813.01 mg/g和418.41 mg/g，且MB吸附为吸热过程，Ph吸附为放热过程，通过5次循环实验仍保持81.36%和35.20%的去除效率，兼具高效性与可再生性。

　　

随着工业化的加速，芳香污染物如亚甲基蓝(MB)和苯酚(Ph)对水环境的威胁日益严峻。MB作为纺织染料可损伤消化系统，Ph则通过食物链危害人体健康。传统吸附材料存在吸附效率低、循环性能差等问题，而煤矸石(CG)等废弃物虽具多孔结构但稳定性不足。针对这一难题，陕西煤业化工集团等机构的研究人员创新性地提出双骨架协同吸附策略，相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

研究团队采用溶胶-凝胶技术，以热活化改性的煤矸石(MCG)为第一骨架，海藻酸钠(SA)与腐植酸钾(KHA)交联形成第二骨架，通过聚乙烯亚胺(PEI)和戊二醛(GLU)增强网络稳定性，最终制备出P-KSGM复合材料。关键技术包括：热活化改性优化MCG孔隙结构、KHA-SA双骨架交联、吸附动力学与等温线模型拟合，以及5次吸附-解吸循环实验验证可再生性。

材料与表征
FTIR和XRD证实P-KSGM成功整合了MCG的无机相与SA/KHA的有机相；SEM显示材料具有分级多孔结构；BET测试显示比表面积达89.42 m²/g，为污染物提供丰富活性位点。

吸附性能
MB吸附符合Langmuir模型，最大容量813.01 mg/g，为单层化学吸附主导的吸热过程；Ph吸附符合Freundlich模型，最大容量418.41 mg/g，呈现多层物理吸附的放热特性。动力学分析表明二者均遵循伪二级模型，化学吸附起关键作用。

循环稳定性
经过5次循环后，MB和Ph的去除率仍保持81.36%和35.20%，显著优于传统单骨架材料。TG分析表明材料在300°C内保持稳定，KHA的π-π相互作用和SA的羧基协同增强吸附选择性。

该研究首次实现煤矸石废弃物在双骨架吸附体系中的高值化利用，为解决工业废水处理中吸附材料效率与再生性能难以兼顾的难题提供新思路。分子模拟进一步揭示KHA的芳香结构与污染物间的π-π堆积作用机制，为设计靶向吸附材料奠定理论基础。研究获陕西省重点研发计划（2023-YBNY-058）等资助，兼具环境效益与工程应用前景。