源自食物废弃物的磁性生物炭对阴离子染料的吸附行为与机理分析

《ChemistrySelect》：Adsorption Behaviour and Mechanism Analysis of Food Waste-Derived Magnetic Biochar on Anionic Dyes

磁性Fe3O4改性餐厨垃圾生物炭制备及对阴离子染料脱色机理研究，通过溶热法合成新型吸附材料，响应面法优化pH 6.14、23.85℃、0.06g投加量及35.20mg/L初始浓度条件，60分钟脱色率达97.02%。SEM显示球形结构保留，BET表征显示介孔特性（孔径4.31nm，比表面积51.96m2/g），XRD证实Fe3O4晶体结构，吸附动力学遵循伪二级模型，等温线符合Freundlich方程，静电作用、配位及氢键为主导机制。该研究为有机固废资源化提供高效吸附材料。

　　

摘要

食物垃圾（FW）是城市固体垃圾（MSW）的主要组成部分，其体积庞大但资源利用率低，给垃圾管理带来了重大挑战。在本研究中，通过一步溶剂热法合成了经过磁性Fe₃O₄改性的食物垃圾衍生生物炭（Fe₃O₄/FWB），用于去除阴离子染料Coomassie Brilliant Blue（CBB）。通过单因素实验并结合响应面方法（RSM）优化，确定了最佳条件：pH值为6.14、温度为23.85°C、吸附剂用量为0.06克以及初始CBB浓度为35.20毫克/升，在60分钟内实现了97.02%的去除率。扫描电子显微镜（SEM）分析证实了生物炭保持了球形结构。比表面积（BET）分析显示其具有介孔结构，平均孔径为4.31纳米，比表面积为51.96平方米/克，从而增强了吸附能力。X射线衍射（XRD）确认了Fe₃O₄的晶体结构。吸附动力学符合伪二级模型（R² = 0.99953），而Freundlich模型（R² = 0.90854）表明吸附过程存在多层化学吸附现象。ζ电位和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析表明，静电吸引、配位作用和氢键在吸附过程中起主导作用。这项工作为染料废水处理提供了一种高效、可持续的材料，并拓展了有机固体垃圾资源化利用的潜力。

图形摘要

通过一步溶剂热工艺，从食物垃圾中合成了磁性Fe₃O₄改性的生物炭。在优化条件下，该复合材料对阴离子染料Coomassie Brilliant Blue的去除率达到97.02%。表征结果显示其具有介孔结构（比表面积51.96平方米/克）和Fe₃O₄晶体。吸附过程遵循伪二级动力学规律，并符合Freundlich等温线，这一现象由静电吸引、配位作用和氢键作用共同控制。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。