采用四钨酸银改性的膨润土通过光催化吸附法去除罗丹明B：动力学、等温线和热力学分析

《Inorganic Chemistry Communications》：Photocatalytic adsorption-driven removal of rhodamine B by silver Tetratungstate-modified bentonite: Kinetic, isotherm, and thermodynamic analysis

本研究合成三种光吸附复合材料（AB、Ag@AB、Ag@OAB），通过SEM、XRD和FTIR表征其结构，发现Ag@OAB因表面活性剂插层形成球形结构。动力学显示RhB去除以伪二阶模型描述，热力学表明为自发物理吸附，但表面电荷与染料zwitterionic特性导致电化学吸附与物理吸附的矛盾解释，Ag@OAB因表面排斥吸附能力下降。研究证实多机制协同作用，为改性膨润土处理有机废水提供新思路。

　　本研究聚焦于通过改性天然膨润土，开发一种新型的复合材料，用于高效去除水中的Rhodamine B（RhB）染料。RhB作为一种广泛应用于纺织业的合成染料，因其鲜艳的紫色色泽而受到青睐，但同时也因其对环境和人体健康的潜在危害而备受关注。研究团队采用了一种结合了光催化和吸附作用的复合材料，以解决传统吸附材料在去除RhB时存在的局限性。通过对三种复合材料——酸活化膨润土（AB）、银四钨酸（Ag?W?O??）掺杂的酸活化膨润土（Ag@AB）以及在Ag@AB基础上引入两性离子型表面活性剂BS12的复合材料（Ag@OAB）的系统研究，揭示了它们在RhB去除过程中的不同机制和性能表现。

天然膨润土因其巨大的比表面积和优异的阳离子交换能力，被广泛应用于有机废物、液体纺织废料和重金属的吸附处理。然而，尽管其吸附性能良好，但单一使用时存在吸附容量受限的问题。为了克服这一缺陷，研究者们尝试通过引入光催化剂和表面活性剂来改善膨润土的性能。银四钨酸作为一种具有高光催化效率的材料，因其较宽的禁带宽度和对可见光的良好响应而受到关注。通过湿法浸渍技术，银四钨酸被成功负载到酸活化膨润土表面，从而形成Ag@AB复合材料。然而，光催化剂的负载并未改变膨润土本身的亲水性，这在处理对pH敏感的RhB染料时可能成为一个障碍。因此，研究团队进一步引入了BS12，一种具有两性离子特性的表面活性剂，通过插层技术将其嵌入到Ag@AB的结构中，形成了Ag@OAB复合材料。

通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等手段对三种复合材料进行了结构表征。结果显示，AB复合材料表面呈现出多孔且粗糙的形态，这种结构为其提供了丰富的吸附位点，有利于RhB的吸附过程。而Ag@OAB复合材料则表现出颗粒聚集体的形态，这表明BS12的插层改变了膨润土的表面特性，使其在物理吸附和化学吸附之间达到了某种平衡。研究团队还对三种材料的吸附动力学进行了分析，发现其去除RhB的过程更符合伪二级动力学模型，表明化学吸附是主要的去除机制。然而，这一结论与吸附等温线和热力学分析结果存在一定的矛盾，后者显示RhB的吸附过程更倾向于物理吸附。

吸附等温线分析表明，AB复合材料最符合Langmuir模型，这表明其吸附过程可能遵循单层吸附的假设。而Ag@AB和Ag@OAB则更符合Redlich-Peterson模型，这可能意味着它们的吸附行为具有一定的非理想性，或者存在多层吸附的特征。热力学分析进一步支持了这一观点，表明RhB在三种材料上的吸附过程是自发进行的，并且属于物理吸附，同时是一个放热过程。这说明吸附过程中主要依靠的是范德华力等物理作用，而非化学键的形成。

研究团队在分析吸附机制时注意到，尽管动力学数据表明电荷相互作用可能在化学吸附中起重要作用，但等温线和热力学数据更倾向于物理吸附。这一现象可能与RhB分子的两性离子特性有关。RhB在不同pH条件下可以表现出不同的质子化状态，这使其在溶液中具有一定的电荷变化能力。而复合材料的表面电荷性质也可能因此受到影响。特别是Ag@OAB复合材料，由于BS12的引入，其表面可能带有更多的正电荷，这与RhB分子中的两性离子基团之间可能产生一定的排斥作用，从而削弱了电荷吸引力，导致吸附能力的下降。

此外，研究团队还对三种复合材料的可重复使用性进行了评估。结果显示，经过多次循环使用后，材料的吸附性能仍然保持相对稳定，这表明它们在实际应用中具有一定的可行性。然而，Ag@OAB复合材料的吸附容量略低于AB和Ag@AB，这可能与其表面电荷性质和BS12的引入有关。BS12作为一种两性离子型表面活性剂，不仅改变了膨润土的表面电荷特性，还可能在一定程度上影响了RhB分子与材料之间的相互作用方式，从而降低了其吸附能力。

本研究的创新之处在于首次将光催化剂和两性离子型表面活性剂同时引入到膨润土复合材料中，以探索其在RhB去除过程中的协同效应。以往的研究多集中于单一的吸附或光催化作用，而本研究通过结合这两种机制，为水处理技术提供了一种新的思路。这种复合材料不仅保留了膨润土的高吸附能力，还通过光催化剂的引入增强了其降解能力。尽管BS12的引入在一定程度上降低了吸附容量，但其在提高材料对RhB的去除效率方面的作用仍然值得关注。

从环境和健康的角度来看，RhB的去除对于保护水体生态系统和人类健康具有重要意义。由于RhB具有较强的稳定性，且在不同pH条件下表现出不同的电荷状态，传统的吸附方法可能难以完全去除其对水体的污染。而本研究开发的复合材料通过结合吸附和光催化两种机制，不仅能够有效吸附RhB，还能通过光催化作用将其进一步降解，从而实现更彻底的去除效果。这一方法为处理高浓度、高稳定性的染料废水提供了一种新的解决方案。

研究团队还对复合材料的制备过程进行了详细描述。酸活化膨润土的制备涉及将天然膨润土与盐酸进行反应，以去除其中的杂质并提高其吸附性能。随后，通过湿法浸渍技术将银四钨酸负载到酸活化膨润土表面，形成Ag@AB复合材料。最后，将BS12通过插层技术引入到Ag@AB中，形成Ag@OAB复合材料。这一系列步骤确保了材料的结构稳定性和功能完整性，同时也为后续的性能测试提供了可靠的实验基础。

在实验过程中，研究团队采用了多种分析手段来评估复合材料的性能。除了SEM、XRD和FTIR外，还进行了吸附动力学、吸附等温线和热力学分析。这些分析方法不仅帮助研究者们理解了RhB在不同材料上的吸附行为，还为优化材料的结构和性能提供了依据。通过比较不同材料的吸附效率和去除能力，研究团队发现Ag@AB和Ag@OAB在去除RhB方面均表现出优于AB的性能，但Ag@OAB的吸附容量有所下降。这表明，虽然BS12的引入有助于改善材料的表面特性，但其对吸附能力的影响需要进一步研究。

本研究的结果对水处理技术的发展具有重要的参考价值。通过将光催化剂和表面活性剂结合使用，研究团队开发了一种具有多功能性的复合材料，能够同时发挥吸附和光催化的作用。这种材料不仅能够有效去除RhB，还可能适用于其他类型的有机污染物的处理。此外，研究团队还强调了这种复合材料在实际应用中的优势，包括其操作简便性、成本效益以及可重复使用性。这些特性使得该材料在大规模水处理应用中具有较高的可行性。

值得注意的是，本研究还涉及了对RhB分子特性的深入分析。RhB作为一种两性离子型染料，在不同pH条件下表现出不同的电荷状态，这使得其在水中的行为更加复杂。因此，研究团队在实验设计中特别关注了pH对吸附过程的影响，并通过调整实验条件来评估材料在不同pH下的性能表现。这种对染料分子特性的深入理解，为后续的材料优化和应用提供了重要的理论支持。

在实际应用中，水处理技术需要兼顾效率、成本和环境友好性。本研究开发的复合材料在这些方面均表现出良好的特性，尤其是在吸附和光催化相结合的处理方式上，其综合性能优于单一的吸附或光催化材料。此外，材料的制备过程相对简单，不需要复杂的设备或高昂的成本，这使其在实际工程应用中更具吸引力。同时，材料的可重复使用性也降低了长期运行的成本，为可持续的水处理技术提供了可能。

总的来说，本研究通过系统分析三种复合材料在去除RhB过程中的性能，揭示了吸附和光催化机制之间的相互作用。研究结果表明，尽管Ag@OAB复合材料的吸附能力略低于AB和Ag@AB，但其在光催化降解方面表现出更高的效率。这表明，材料的性能优化需要在吸附和光催化之间找到平衡点，以实现最佳的综合处理效果。未来的研究可以进一步探索不同表面活性剂和光催化剂的组合对材料性能的影响，以及如何通过调整材料结构来提高其对RhB的去除能力。此外，研究团队还可以考虑将这种复合材料应用于其他类型的污染物处理，以拓展其应用范围。