富铁纺织污泥生物炭吸附废水中实际染料的应用研究

《Biomass and Bioenergy》：Iron-rich textile sludge-derived biochar used for the removal of practical dye from wastewater

本研究针对纺织工业染料废水污染问题，通过热解纺织污泥制备富铁生物炭，系统探究其吸附性能。结果表明，600°C制备的生物炭对实际染料吸附量达70.7 mg/g，且遵循Freundlich多分子层吸附模型，为纺织污泥资源化与染料废水治理提供了可持续解决方案。

　　

纺织工业的快速发展带来了严重的染料废水污染问题，废水中残留的合成染料（如蒽醌类和偶氮类染料）对水生生态系统和人类健康构成威胁。传统处理方法难以有效去除这些难降解染料，且纺织废水处理过程中产生的大量污泥（尤其是物化污泥）通常通过填埋或焚烧处理，易造成二次污染。在这一背景下，如何实现纺织污泥的资源化利用并同步解决染料污染问题，成为环境领域的研究热点。

近日发表于《Biomass and Bioenergy》的研究中，Khoa Dang Nguyen等人提出了一种创新策略：利用纺织废水处理过程中产生的富铁物化污泥制备生物炭，并将其用于实际染料废水的吸附处理。该研究通过调控热解温度（500°C、600°C、700°C），系统分析了生物炭的物相转变、孔结构变化及其对染料吸附性能的影响，为纺织废弃物的“以废治废”提供了理论依据和技术支持。

研究团队采用的主要技术方法包括：以越南隆安省Phuc Toan Thinh纺织公司废水处理厂的物化污泥为原料，通过热解法制备生物炭；利用扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和比表面积分析（BET-BJH）对材料进行表征；通过批次吸附实验探究pH值、接触时间、初始浓度等因素对染料去除率的影响，并采用动力学模型和等温线模型拟合吸附过程；最后通过碱液脱附实验评估生物炭的再生性能。

3.1. 生物炭的表观特征

随着热解温度从500°C升至700°C，生物炭颜色由灰色逐渐变为红灰色，表明其中铁氧化物（Fe₂O₃）发生相变。XRF分析显示，Fe₂O₃含量从原始污泥的80%升至700°C样品的92%，印证了高温对铁元素的富集作用。

3.2. 材料表征结果

SEM图像显示，高温处理使生物炭颗粒尺寸减小，且700°C样品出现明显结晶形态。EDS分析表明，碳含量从原始污泥的27.5%降至700°C样品的2.59%，而铁含量从31.2%升至63.9%，证实有机质分解与铁氧化物富集。FT-IR光谱中O–H（3282 cm^?1）和C–H（2922 cm^?1）峰强度随温度升高而减弱，Fe–O振动峰从543 cm^?1移至547 cm^?1，表明γ-Fe₂O₃向α-Fe₂O₃转变。XRD结果进一步验证了α-Fe₂O₃相比例从原始污泥的48.5%升至700°C样品的73.6%。BET测试显示，比表面积从500°C的60.5 m²/g降至700°C的40.4 m²/g，但孔体积（0.19→0.30 cm³/g）和平均孔径（15.9→24.4 nm）增大，归因于高温下分子运动导致的孔隙扩张。

3.3. 染料吸附性能

在pH=4时，600°C生物炭吸附容量最高（59.4 mg/g）。吸附动力学符合准二级模型（R²>0.98），表明化学吸附主导过程。等温线拟合显示Freundlich模型（R²>0.89）优于Langmuir模型，证实染料分子在生物炭表面发生多分子层吸附。600°C生物炭的最大吸附容量达70.7 mg/g。FT-IR对比吸附前后样品发现，–OH、C=O等官能团峰位偏移，说明其参与了染料结合。

3.5. 生物炭再生能力

采用1 M NaOH溶液脱附后，600°C生物炭在两次循环中吸附效率从83.5%降至35%，表明部分活性位点因染料分子强吸附而不可逆失活。

本研究通过纺织污泥资源化制备出富铁生物炭，明确了热解温度对材料结构及吸附性能的调控机制。600°C生物炭凭借均衡的孔结构及表面特性，对实际染料展现出最佳吸附效果。尽管再生性能有待提升，该工作仍为纺织业废弃物循环利用和废水治理提供了低成本、可持续的技术路径，对推动工业污染控制与循环经济发展具有重要意义。