铋铁氧体（Bi?Fe?O?）纳米片：一种高效的三氯生吸附剂

本研究通过水热法调控Bi/Fe摩尔比和NaOH浓度合成不同形貌的Bi?Fe?O?纳米片，探究其对三氯生的吸附性能。结果表明，1:1摩尔比及5 M NaOH合成的纳米片在pH 3、0.2 g/L负载下吸附容量达903 mg/g，优于其他配比。吸附机制以物理吸附为主，包括氢键和静电作用，动力学符合伪二阶模型，等温线模型最佳拟合为Redlich-Peterson模型，证实其高效、可持续的吸附潜力。

　　
近年来，随着个人护理产品中抗生素类添加剂的广泛应用，三氯生（Triclosan, TCS）等新兴污染物的环境问题备受关注。TCS具有高残留性和生物毒性，能在水体中富集并引发抗生素耐药性及内分泌干扰效应。针对这一问题，研究者将目光投向具有潜在吸附性能的钡铁氧体（Bismuth Ferrite, BFO）纳米材料，通过系统调控其合成参数，探索高效、低成本的污染治理方案。

### 材料合成与结构表征
BFO纳米材料的合成采用水热法，通过调节铋/铁摩尔比（1:1、1:2、2:1）和氢氧化钠浓度（3 M、5 M、8 M）实现形貌调控。X射线衍射（XRD）分析显示，1:1摩尔比的BFO在5 M NaOH条件下结晶度最高，形成正交晶系的Bi?Fe?O?纳米片，晶格参数与标准卡片（JCPDS No. 25-0090）吻合。扫描电镜（FESEM）观察到，1:1配比与5 M NaOH条件合成的BFO纳米片厚度仅42纳米，比其他组分的晶体尺寸更小，且呈现典型的二维片状结构。比表面积分析（BET）显示，该纳米片比表面积达32.7 m2/g，孔径集中在2-5 nm的介孔范围，这种高比表面积和适度孔径分布为污染物吸附提供了丰富的活性位点。

### 吸附性能优化
实验表明，1:1摩尔比且5 M NaOH合成的BFO纳米片在pH 3时吸附效率最高，达到903 mg/g的吸附容量。这一性能优于传统活性炭（如粮食残渣炭55.6 mg/g）和碳纳米管（157.7 mg/g），甚至超过文献报道的迪奥西莫石（543 mg/g）等新型吸附剂。关键优化因素包括：
1. **形貌调控**：纳米片（厚度<50 nm）比块状或立方体结构具有更暴露的表面，吸附位点密度提升2.3倍。
2. **pH响应**：在pH 3时，BFO表面带正电，与TCS分子中的苯环和羟基形成氢键（O–H）和疏水作用，吸附容量较pH 6时提升18.6%。
3. **浓度梯度效应**：当TCS初始浓度从100 mg/L升至200 mg/L时，吸附容量线性增加，表明浓度梯度能有效驱动吸附过程。

### 作用机制与吸附动力学
红外光谱（FTIR）分析显示，吸附后BFO的Fe–O伸缩振动峰（454-486 cm?1）和Bi–O弯曲振动峰（522-578 cm?1）位置未发生显著偏移，但新增的3513 cm?1和3092 cm?1峰与TCS的C–H和O–H伸缩振动一致，证实氢键作用的存在。同时，zeta电位测试表明BFO在pH 3时表面Zeta电位为+28.6 mV，与TCS分子间的静电引力协同作用，显著提升吸附效率。

吸附动力学研究表明，TCS在BFO表面的吸附遵循伪二阶动力学模型（R2=0.998），表明反应受吸附位点表面扩散控制。值得注意的是，BFO在180分钟内即可达到吸附平衡，较传统吸附剂（如活性炭需24小时）效率提升3倍以上。

### 环境友好特性与再生研究
BFO纳米片展现出优异的可重复利用性：经离心、水洗和60℃烘干处理后，材料晶体结构（XRD）和表面官能团（FTIR）均保持稳定。循环测试显示，吸附容量在5次循环后仅下降12.7%，且未检测到Bi3?或Fe3?溶出，符合环保材料标准。此外，BFO的等电点（pHpzc=8.5）与TCS的pKa（8.14）接近，确保在酸性条件（pH 3）下仍能有效吸附，避免因电荷排斥导致性能衰减。

### 应用前景与挑战
该研究为解决水体中TCS污染提供了新思路：在0.2 g/L的低负载量下即可实现高效吸附，处理200 mg/L的初始浓度时，去除率超过95%。与文献中报道的多种吸附剂相比，BFO在吸附容量（903 vs. 422-543 mg/g）、再生次数（>5次）和运行成本（原料价格低于活性炭30%）方面均具优势。但需注意，BFO在高pH（>8.5）时因表面负电荷与TCS分子正电荷产生排斥，吸附效率下降40%以上，这为后续工艺设计提供了关键参数。

### 结论
BFO纳米片通过氢键、疏水作用和静电引力协同作用实现TCS的高效吸附，其1:1摩尔比与5 M NaOH合成条件下的最优性能表明，调控材料形貌和表面电荷特性是提升吸附剂性能的关键。该研究不仅验证了BFO作为新兴吸附材料的潜力，更为开发低毒、可循环的污水处理技术提供了理论依据。未来可探索BFO与其他材料的复合体系，进一步提升对多种新兴污染物的协同去除效率。