利用美洲西门木茎皮生物吸附剂高效去除水体中Cu2+离子的机理与应用研究

《Ecological and Evolutionary Physiology》：Ximenia americana L. stem barks remove the metallic ion Cu2+ in aqueous effluents

本研究评估了美洲西门木（Ximenia americana L.）茎皮作为低成本生物吸附剂去除水体中Cu2+离子的潜力。吸附动力学符合伪二级模型（R2=0.9996），等温线符合Sips模型，在298.15K时最大吸附容量达51.06 mg·g?1。热力学分析表明该过程为自发、放热（ΔH°=?72.2 kJ·mol?1）且熵减的反应。通过扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线荧光（XRF）表征证实，茎皮表面的羟基和胺基官能团与Cu2+形成复合物，为重金属污染治理提供了绿色解决方案。

　　

研究亮点

扫描电子显微镜（SEM）分析显示，美洲西门木茎皮样本表面具有不规则粗糙结构，存在明显的颗粒形态和尺寸差异（图1a）。这种多孔结构为吸附过程提供了优势。经Cu²⁺离子处理后，茎皮表面观察到晶体形成（图1b），表明金属离子与生物质组分（如纤维素和木质素）之间发生了络合作用，增强了材料对铜的亲和力。

傅里叶变换红外光谱（FT-IR）鉴定出羟基和胺基等关键官能团。处理后这些基团的吸收带发生明显变化，证实其参与了Cu²⁺离子的结合过程。

X射线荧光（XRF）分析显示，处理后的茎皮中铜浓度达到12.609%，而未处理样本未检测到Cu²⁺残留，直观证明了该生物材料出色的铜吸附能力。

结论

在实验条件下，使用美洲西门木茎皮去除Cu²⁺离子效果显著。该过程在278.15K下20分钟内达到最大吸附容量51.05 mg·g^?1，最佳拟合Sips等温线模型。吸附过程符合伪二级动力学模型，具有自发性、放热特性，为利用天然材料修复重金属污染水体提供了有效策略。