利用甘蔗（Saccharum officinarum）渣作为环保型生物吸附剂，从水介质中固相去除维生素B1（盐酸硫胺素）

去除糖蜜蔗渣对水溶液中硫胺素盐酸盐的吸附性能研究，采用扫描电镜、红外光谱和热重分析表征蔗渣结构，系统考察pH、接触时间、初始浓度等参数，最优条件为pH9.20、接触时间20分钟、初始浓度100 ppm、蔗渣用量0.20 g、温度50 °C时去除率达99.8%。吸附动力学符合伪一级模型（R2=0.990），等温线符合Freundlich模型（R2=0.955），热力学分析表明吸附为自发、吸热过程（ΔG?<0，ΔH?>0）。

　　
本研究以甘蔗渣（SCB）为原料，探索其在水相环境中高效去除维生素B?（硫胺素）盐酸盐（THC）的可行性。通过系统研究pH、温度、接触时间、吸附剂用量及初始浓度等关键参数，结合表面表征与热力学分析，揭示了SCB作为生物吸附剂的作用机制，为农业废弃物资源化提供了新思路。

### 材料与方法
研究选用埃及产甘蔗渣为吸附剂原料，经水洗、干燥（80℃×48h）、研磨（250μm筛分）处理后获得SCB生物吸附剂。实验系统包含以下核心环节：
1. **表征分析**：通过扫描电镜（SEM）观察吸附剂表面形貌变化，傅里叶红外光谱（FT-IR）解析表面官能团特征，热重分析（TGA）研究热稳定性。SEM显示SCB表面具有多孔结构（图3a），经THC吸附后孔隙被药物分子占据（图3b）。FT-IR光谱（图4）显示在3200-3600cm?1区域（O-H伸缩振动）及1727cm?1（C=O伸缩振动）特征峰变化，证实THC通过氢键和静电作用吸附于表面官能团。
2. **吸附动力学**：采用批式实验研究不同条件下的吸附效率，通过紫外分光光度法（λmax=290nm）测定残留浓度，计算去除率（R%=（Co-Ct）/Co×100%）。
3. **参数优化**：系统考察pH（2.0-10.5）、温度（25-100℃）、接触时间（10-60min）、吸附剂用量（0.02-0.70g）及初始浓度（10-100ppm）对去除率的影响。

### 关键研究结果
1. **最佳条件**：在pH 9.20、接触时间20min、初始浓度100ppm、吸附剂用量0.20g及50℃条件下，THC去除率达99.8%（图7）。此pH值显著高于SCB等电点（pHpzc=6），表明静电作用对去除贡献显著。
2. **吸附机制**：
- **等温模型**：Freundlich模型（R2=0.955）优于Langmuir模型（R2=0.880），说明THC在SCB表面发生多层吸附，且吸附位点存在显著异质性。
- **动力学模型**：伪一级动力学模型（R2=0.990）更符合实验数据，表明吸附初期以物理吸附为主，快速达到平衡。
3. **热力学特性**：ΔG?为-38.08kJ/mol（25℃），ΔH?为17.84kJ/mol，ΔS?为0.065J/(K·mol)。负ΔG?证实过程自发进行，正ΔH?表明为吸热反应，ΔS?正值则说明吸附过程导致系统熵增。

### 技术创新与优势
1. **资源化利用**：SCB作为甘蔗制糖副产物（年产量达4000万吨），成本低于商业活性炭，且无需化学改性即可使用，符合绿色可持续发展理念。
2. **高效去除**：最大吸附容量2.66mg/g（表2），虽低于改性吸附剂，但结合99.8%的高去除率，在同类研究中表现突出。通过对比发现，SCB吸附效率显著优于超声辅助固相萃取（90%）和梯度RP-HPLC（99%）（表5）。
3. **再生潜力**：经5次循环使用后，吸附效率仍保持在35%-40%，表明材料具备一定再生价值，但需进一步研究再生方法优化循环性能（图14）。

### 机理解析
1. **表面化学特性**：FT-IR证实SCB含大量羟基（-OH）、羧基（-COOH）及醚键（C-O-C），这些官能团与THC的氨基和羟基形成氢键（图4）。SEM显示粗孔结构（孔径约1-5μm）有利于大分子药物扩散。
2. **pH依赖性**：在pH>6时，SCB表面负电荷增强，与THC的阳离子特性形成静电引力。pH=9.2时达到最佳吸附，此时溶液中OH?浓度促进氢键形成。
3. **温度效应**：50℃时吸附效率最高，但温度超过80℃后去除率下降，可能与THC热分解或吸附剂结构破坏有关（图12）。

### 应用前景与局限性
1. **环境治理价值**：针对WHO统计显示全球每年约200万吨药物进入水系统的问题，SCB吸附剂可低成本处理含THC废水，尤其适用于制药厂废水处理。
2. **局限性分析**：最大吸附容量（2.66mg/g）低于部分改性吸附剂（如ACN/Fe3O4复合材料达15mg/g），需通过表面化学修饰（如接枝功能基团）进一步提升性能。
3. **工艺优化建议**：实际应用中需考虑大规模生产的可行性，如吸附剂预处理（超声波活化可提高吸附效率30%）、连续流吸附系统开发等。

### 结论
本研究证实甘蔗渣作为天然生物吸附剂可高效去除水相中的THC，其机制涉及物理吸附（表面积大、多孔结构）与化学作用（官能团氢键/静电作用）。推荐的工艺参数（pH9.2，20min，0.2g，50℃）为规模化处理提供了技术依据，但需通过材料改性进一步提升吸附容量，同时探索再生策略以延长使用寿命。该研究为农业废弃物资源化利用提供了可复制的技术路径，对解决药物残留污染问题具有工程指导意义。