基于MIL-53(Al)吸附回收木犀草天然染料实现羊毛染色循环生产的可持续策略

本文提出了一种创新闭环方案：采用金属有机框架材料MIL-53(Al)从染色废水中高效吸附回收木犀草天然染料（吸附率97%），并通过丙酮/HCl混合液实现90%以上解吸率。研究表明该过程符合伪二级动力学模型（活化能25.7 kJ/mol），属自发放热物理吸附。回收染料成功用于羊毛媒染，获得高色深（K/S值17）和优良牢度，为天然染料循环利用提供了资源化范本。

　　

亮点

• MIL-53(Al)对木犀草染料展现超高吸附容量（~200 mg/g）

• 首次实现天然染料从废水回收到羊毛再染色的闭环循环

• 回收染料染色羊毛的K/S值达17，超越传统染色效果

• 吸附机理揭示为自发放热过程（ΔG<0, ΔH>0, ΔS>0）

结果与讨论

天然染色过程需消耗大量染料，导致废水富含色素。回收再利用这些染料兼具经济与环境效益。本研究创新性地采用金属有机框架（MOF）吸附剂MIL-53(Al)，实现了木犀草染料从染色废水的吸附-解吸循环，回收染料成功用于羊毛纤维再染色。这种可持续解决方案不仅降低染料消耗，还显著减少环境污染。表征结果显示MIL-53(Al)具有典型晶体结构和高比表面积（BET测定），吸附过程符合伪二级动力学模型，表明其表面存在化学吸附位点。热力学参数证实吸附为自发放热过程，活化能25.7 kJ/mol提示主要为物理吸附机制。解吸实验发现丙酮/HCl（50:50 v/v）混合液可高效洗脱染料（>90%），且回收染料在铝媒染羊毛上呈现优异的色深（K/S值17）和牢度性能。

结论

本研究成功合成MIL-53(Al)并验证其结构，通过单变量法优化获得97%的染料去除率。动力学和热力学分析表明吸附过程符合伪二级模型，属自发物理吸附。建立的解吸-再染色循环体系证明回收染料可保持染色效能，为天然染料可持续利用提供了技术范式。