利用里氏木霉（Trichoderma reesei）生物质吸附废水中结晶紫与刚果红染料的比较研究：平衡、动力学、热力学及误差分析

本研究系统探讨了里氏木霉（Trichoderma reesei）生物质对结晶紫（CV）和刚果红（CR）染料的吸附性能，通过FTIR-ATR、SEM、zeta电位和pHpzc等技术表征材料特性，并采用非线性等温模型（Langmuir、Freundlich等）、动力学模型（pseudo-second-order等）及热力学分析揭示吸附机制，为低成本生物吸附剂在染料废水处理中的应用提供理论依据。

　　

Highlight

化学品与表征方法

结晶紫（CV，C₂₅H₃₀N₃Cl，分子量：407.98 g/mol，纯度≥90.0%）、刚果红（CR，C₃₂H₂₂N₆Na₂O₆S₂，分子量：696.66 g/mol，纯度≥85.0%）及其他试剂购自德国Sigma Aldrich公司。制备的生物质通过傅里叶变换红外光谱-衰减全反射（FTIR-ATR）、扫描电子显微镜（SEM）、zeta电位及零电荷点（pH_pzc）进行表征。

里氏木霉生物质的表征

通过FTIR-ATR光谱识别了里氏木霉生物质表面可能与CV和CR染料分子相互作用的官能团。图1展示了吸附前后的FTIR-ATR光谱。生物质光谱在3270 cm^-1处显示–OH伸缩振动，1643 cm^-1处为C=O伸缩振动，1538 cm^-1处为N-H伸缩振动，1371 cm^-1处为C=C伸缩振动，1235 cm^-1处为O-C-O伸缩振动，1023 cm^-1处为S=O振动。这些结果表明生物质表面富含多种活性基团。

结论

本研究证明了里氏木霉生物质作为一种经济、可持续的生物吸附剂，能有效去除水溶液中的阳离子（CV）和阴离子（CR）染料。通过批量吸附实验发现，pH、初始染料浓度、接触时间和温度显著影响吸附效果。Langmuir模型最吻合吸附数据，表明CV和CR的吸附容量分别为40.35±2.34 mg/g和30.44±1.75 mg/g（298 K）。动力学分析符合伪二级模型（pseudo-second-order），颗粒内扩散表明吸附过程分为两个阶段。热力学分析显示CV吸附为放热（ΔH° = -24.91 kJ/mol）、自发过程，而CR吸附为吸热（ΔH° = 32.02 kJ/mol）、自发过程。实际废水实验和重复使用性研究进一步验证了该生物质在复杂水体中的适用性和稳定性。