集成生物质藻类与交联均苯四甲酸二酐壳聚糖生物复合材料在甲基紫2B吸附中的应用：建模与实验设计优化

《International Journal of Environmental Analytical Chemistry》：Integrated biomass algae @ cross-linked pyromellitic dianhydride chitosan biocomposite for methyl violet 2B adsorption: modelling and experiment design optimization

新型吸附剂AG@CN-PMDA通过藻类生物质与壳聚糖复合交联制备，经响应面法优化显示最佳吸附条件为0.09g/100mL、pH6.9、9.45min时MV2B去除率达86%，吸附容量达162.3mg/g。热力学分析表明吸附自发且熵驱动，机理涉及氢键、π-π堆积和静电作用。

　　

摘要

通过将藻类生物质（AG）整合到壳聚糖（CN）基质中，并通过水热合成方法使用均苯四甲酸二酐（PMDA）进行交联处理，开发出了一种新型吸附剂。这一过程制备出了具有优异物理化学特性的AG@CN-PMDA复合材料，适用于高级吸附应用。研究了该复合材料去除水溶液中阳离子染料甲基紫2B（MV 2B）的效率。采用Box-Behnken设计（RSM-BBD）对吸附过程进行了优化，考察了三个关键参数：吸附剂用量（A：0.02–0.1 g/100 mL）、pH值（B：4–10）和吸附时间（C：5–20 min）。根据最优性函数分析结果，确定最佳吸附条件为：吸附剂用量0.09 g/100 mL、pH值6.9以及吸附时间9.45 min，此时MV 2B的去除率可达86%。吸附等温线分析表明，实验数据与Temkin模型和Langmuir模型吻合良好，其中Temkin模型的拟合度略高。吸附动力学过程可用伪二级动力学模型很好地描述。在25°C条件下，AG@CN-PMDA的最大吸附容量为162.3 mg/g。MV 2B在AG@CN-PMDA上的吸附过程是自发的、吸热的，并且由熵驱动（表现为ΔG°值为负）。MV 2B染料在AG@CN-PMDA复合材料上的结合机制包括氢键作用、π–π堆积和静电吸引。这些结果表明，AG@CN-PMDA是一种高效且可持续的吸附剂，适用于从工业废水中去除阳离子染料。