锌改性印楝叶纳米生物炭高效吸附去除水中萘的机理与性能研究

《Biomass and Bioenergy》：Enhanced adsorptive removal of NAP from water using neem leaf biochar and zinc-modified nanobiochar: Isotherm, kinetic, and mechanistic investigations

本研究发现氧化锌改性印楝叶生物炭（ZnO@NLB）对水中萘（NAP）的吸附性能显著优于未改性生物炭（NLB），其最大吸附容量达91.06 mg/g，吸附过程符合伪二级动力学模型（R2=0.99）和Langmuir等温线模型（R2≥0.97），表明其为单层化学吸附机制。材料经5次循环后仍保持77.7%的吸附效率，成本分析显示NLB与ZnO@NLB的处理成本分别为?0.12 L-1和?3.59 L-1，为PAHs污染水体修复提供了经济可行的绿色解决方案。

　　

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Chemical reagents

本研究使用的印楝叶原料采集自印度楝树（Azadirachta indica），来源于印度哈里亚纳邦希萨尔市Guru Jambheswar科技大学环境科学与工程系制备印楝叶提取物实验产生的废弃物。所有分析纯级化学品（氢氧化钠、硫酸、亚氯酸钠、NAP、丙酮、乙醇、六水合硝酸锌[Zn(NO₃)₂·6H₂O]和氢氧化钾）均购自新德里中央药品公司（CDH）。

Fourier Transform Infrared (FTIR)

傅里叶变换红外光谱（FTIR）是一种高效的分析技术，可用于识别材料中的有机、聚合物及部分无机化合物官能团，例如羟基（-OH）、氨基（-NH）和羧基（-COOH）。通过分析吸收波段（图2），3786 cm^?1处的强锐峰对应醇羟基O-H的伸缩振动，宛如材料的"分子指纹"揭示了其表面活性位点。

Discussion

NAP在NLB和ZnO@NLB上的吸附研究表明，两种材料均表现优异但机制迥异：NLB凭借多孔结构和丰富表面官能团实现更高吸附容量（q_max=91.06 mg/g），而ZnO@NLB则通过氧化锌纳米颗粒的协同作用展现出更强亲和力与更快初始吸附速率，其Freundlich常数（K_f=26.75）和Elovich参数（a=1340.3）便是明证。等温线拟合（Langmuir、Freundlich和Sips模型）与动力学数据共同指向化学吸附主导的单层吸附机制，仿佛纳米生物炭与NAP分子在进行一场精准的"分子华尔兹"。

Conclusion

本研究证实印楝叶生物炭（NLB）及其氧化锌改性复合材料（ZnO@NLB）是去除水中萘（NAP）的高效绿色吸附剂。ZnO@NLB在pH 8.0、吸附剂用量0.4 g L^?1的最佳条件下表现尤为突出，其吸附行为完美契合Langmuir等温线与伪二级动力学模型，如同量身定制的"分子捕手"。再生实验显示材料经5次循环后仍保持77.7%效率，成本分析更凸显其实际应用潜力，为PAHs污染治理提供了兼具性能与可持续性的解决方案。