利用金鱼藻（Ceratophyllum demersum）植物修复刚果红与甲基橙染料污染水体的效能及机制研究

本推荐综述系统探讨了金鱼藻（Ceratophyllum demersum）对偶氮染料刚果红（CR）和甲基橙（MO）的植物修复（Phytoremediation）潜力。研究通过毒性实验、动力学模型（Michaelis-Menten）及表面表征技术（FTIR、FESEM、EDS）揭示其修复机制，证明金鱼藻在低浓度染料环境中具有高去除率（CR 100%，MO 98%）且NPK营养助剂可缓解毒性。该成果为低成本、无二次污染的废水处理提供了绿色技术路径。

　　

Highlights

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  金鱼藻对刚果红（CR）和甲基橙（MO）染料展现出高去除效率（15日内分别达100%和98%）。
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  染料浓度升高会导致植物半衰期缩短（100 mg/L浓度下仅27天）。
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  NPK营养剂的添加显著增强植物抗毒性并促进生长。
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  甲基橙（MO）比刚果红（CR）对植物的毒性更低。
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  金鱼藻表面官能团（如羧基、羰基）是吸附染料的关键活性位点。

Materials

本研究使用的刚果红（CR）[分子式：C₃₂H₂₂N₆Na₂O₆S₂，CAS号：573-58-0，分子量（M_W）：696.66 g/mol，最大吸收波长（λ_max）：498 nm]和甲基橙（MO）[分子式：C₁₄H₁₄N₃NaO₃S，CAS号：547-58-0，M_W：327.33 g/mol，λ_max：463 nm]染料均由Sigma-Aldrich提供，无需进一步纯化。图1展示了染料的化学结构。植物营养剂氮磷钾（NPK）购自埃及公司。

Dye toxicity

纺织废水在部分发展中国家被直接用于农业灌溉。然而，染料及工业废水对多种农作物（如小麦、高粱、黑豆等）的发芽、胚根和胚芽生长具有毒性。本研究通过测定金鱼藻在不同染料浓度下的半衰期，明确了染料的毒性效应：高浓度染料（如100 mg/L）在27天内导致植株半数死亡，且毒性随暴露时间延长而加剧。

Effects of initial dye level on removal efficiency

研究表明，初始染料浓度是影响色度去除效率的关键驱动力。测试了5、10、25、50、75和100 mg/L的初始浓度，发现染料去除过程可分为快速吸附阶段（第3–9天）和缓慢平衡阶段。低浓度下（如25 mg/L）金鱼藻表现出近乎完全的染料去除能力，而高浓度则因活性位点饱和导致效率下降。

Conclusions

金鱼藻对甲基橙和刚果红染料具有显著的植物修复潜力。低浓度染料对植物生长无显著影响，但高浓度会引发毒性效应。NPK营养剂能有效缓解毒性并提升修复效能。表面官能团（如羧基和羰基）和形态变化（FESEM证实）是吸附过程中的关键机制。金鱼藻遵循米氏动力学（Michaelis-Menten）模型，表明其吸附依赖于有限表面活性位点。该植物是一种高效、低成本且环境友好的废水处理生物材料。