可再生绿色铝基金属有机框架负载橘皮生物炭/羟基磷灰石修饰壳聚糖/果胶杂化复合材料用于选择性去除孔雀石绿

本文推荐一种新型可再生杂化复合材料（OPBHCPAlOFs），通过橘皮生物炭（OPB）、羟基磷灰石（HA）和铝富马酸盐MOFs（AlOFs）与壳聚糖（CS）/果胶（Pectin）交联制备，实现了对水中孔雀石绿（MG）的高效吸附（48.50 mg/g）。该材料在碱性pH下通过静电作用选择性吸附MG，吸附行为符合Langmuir模型和伪二级动力学（PSO），且具有可循环使用（6次）和现场应用潜力，为绿色水处理技术提供了新策略。

　　

Highlights

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  新型OPBHCPAlOFs复合材料对孔雀石绿（MG）展现出超高吸附容量（48.50 mg/g）
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  材料在pH=9时性能最优，因表面带负电，与带正电的MG产生强力静电吸引
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  吸附过程符合Langmuir等温线和伪二级动力学（PSO）模型
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  热力学研究证实吸附为自发、吸热过程
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  材料可循环使用6次，且在实际水体中表现稳定

Introduction

随着全球城市化与工业化加速，水资源消耗激增，工业及生活废水中的合成染料（如孔雀石绿MG）对生态系统和人类健康构成严重威胁。MG作为阳离子染料，广泛应用于纺织、生物染色和水产养殖领域，但其具有强致癌性、致突变性，并可引发呕吐、贫血、高血压等疾病。当前吸附法因操作简单、成本低、效率高而被视为最优去除技术。然而传统吸附剂（如活性炭、硅胶、黏土等）存在吸附容量低、选择性差、稳定性不足等问题。为此，本研究集成生物炭（OPB）、羟基磷灰石（HA）、铝基MOFs（AlOFs）和生物聚合物（壳聚糖CS/果胶Pectin），构建了多功能杂化复合材料OPBHCPAlOFs，通过协同效应提升MG吸附性能与材料稳定性。

Section snippets

Materials

实验所用壳聚糖（脱乙酰度≥85%）、果胶（纯度≥98%）购自Himedia（印度）；铝硝酸盐、氯化钙、孔雀石绿草酸盐（染料含量≥90%）等试剂购自Merck（印度）。

Synthesis of orange peel biochar

橘皮经去离子水清洗、干燥、粉碎后，在限氧条件下于500°C热解2小时，获得橘皮生物炭（OPB）。

FTIR studies

通过FTIR光谱分析OPBHCPAlOFs及其吸附MG后的官能团变化（图2）。壳聚糖CS在3412 cm^?1处出现N–H与O–H重叠峰，2925 cm^?1为C–H伸缩振动，1642 cm^?1和1384 cm^?1分别对应C=O和C–N伸缩振动。果胶在3255 cm^?1处呈现宽O–H峰，表明材料富含活性位点，为MG吸附提供基础。

Conclusions

OPBHCPAlOFs复合材料在30分钟内实现对MG的高效吸附（48.50 mg/g），优于单一组分材料。碱性条件下（pH=9）吸附性能最佳，归因于材料表面负电性与MG阳离子的静电作用。吸附过程符合Langmuir模型和伪二级动力学，热力学表明其为自发吸热过程。材料具良好再生能力（6次循环）和现场适用性，为染料废水处理提供了绿色、高效的解决方案。