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本文聚焦水果种子制备的吸附剂对亚甲基蓝（MB）染料的吸附研究。探讨多种水果种子吸附剂的制备、特性，分析表面功能基团、pH 等因素影响，研究吸附等温线、动力学和热力学，为废水处理提供低成本、可持续的吸附剂选择。
1. 引言
环境污染问题日益突出，纺织废水含有的染料污染物因其复杂分子结构和难降解性备受关注。亚甲基蓝（MB）作为一种阳离子染料，广泛应用于多个行业，其排放会对水生生物和生态系统造成危害，还会影响人类健康，因此处理含 MB 的废水至关重要。
吸附法是去除废水中 MB 的有效方法，活性炭因具有大比表面积、多孔结构和强吸附性能被广泛应用，但传统工业活性炭生产成本高且依赖不可再生资源。生物质基吸附剂，尤其是源自废弃水果种子的吸附剂，因其成本低、可获取性强和环境友好等优势，成为研究热点。本文旨在全面研究以废弃水果种子为生物吸附剂对 MB 染料的吸附作用。
2. 各类水果种子废弃物在亚甲基蓝吸附中的应用
众多研究表明，多种水果种子废弃物可作为吸附剂用于去除废水中的 MB。例如，黑李种子壳经处理制成的活性炭，在最佳实验条件下对 MB 的去除率较高，其吸附过程符合准二级动力学模型和 Freundlich 等温线模型。
木瓜种子在马来西亚是常见农业废弃物，研究发现利用其制备的磁性活性炭对 MB 有良好的吸附效果，Langmuir 等温线模型能较好地描述其吸附行为。
鳄梨种子富含营养，但果实产生的大量废弃物可转化为有价值的吸附剂。研究表明，鳄梨种子碳对 MB 的去除效率受碳化温度影响较大，等温线分析显示其具有单层吸附倾向。
缅甸葡萄种子可作为廉价生物吸附剂去除水中的 MB，其吸附过程符合准二级动力学模型和 Langmuir 等温线模型，最大吸附量较高。
3. 表面功能基团、溶液 pH 和零电荷点 pH 的影响
表面功能基团，如羟基（-OH）、羧基（-COOH）和胺基（-NH2）等，能提高生物废弃物活性炭对特定污染物的吸附亲和力和选择性。溶液 pH 显著影响吸附剂表面电荷和溶液中离子化程度，进而影响吸附容量。零电荷点 pH（pHpzc）决定了吸附剂的吸附能力，阳离子吸附在 pH > pHpzc时更有效。不同水果种子吸附剂的 pHpzc值不同，会导致其在不同 pH 条件下对 MB 的吸附效果存在差异。
4. 吸附等温线
等温线模型可预测吸附行为，研究吸附剂与污染物在平衡介质中的相互作用。Langmuir 等温线假设单层吸附，适用于吸附剂表面均匀的情况；Freundlich 模型基于吸附剂表面能量的不均匀性，假设多层吸附。通过对不同水果种子吸附剂的研究发现，不同吸附剂对 MB 的吸附符合不同的等温线模型，这与吸附剂的表面特性和实验条件有关。
5. 吸附动力学
动力学模型用于描述吸附过程的功能性能，理解吸附剂与污染物的相互作用。准一级和准二级方程是常用的动力学模型。研究表明，多种水果种子吸附剂对 MB 的吸附动力学更符合准二级模型，这表明吸附过程与吸附质和吸附剂材料的参数都有关。
6. 热力学研究
热力学可深入了解吸附过程中的能量变化，对表征吸附行为和不可逆性至关重要。通过评估吉布斯自由能（ΔG）、焓（ΔH）和熵（ΔS）等热力学变量，可判断吸附过程的性质。研究发现，不同水果种子吸附剂对 MB 的吸附过程在不同温度下呈现出不同的热力学特征，有的吸附过程是自发且吸热的。
7. 结构特征
吸附剂的比表面积对有机污染物的吸附至关重要，Brunauer-Emmett-Teller（BET）表面面积分析是评估吸附剂表面特性的关键技术。通过 BET 分析可检测吸附剂的孔结构、孔体积和孔隙率等。不同水果种子吸附剂经处理后，其表面面积和孔结构会发生变化，进而影响对 MB 的吸附能力。
8. 水果种子制备活性炭的方法和特性
活性炭是水净化的重要吸附剂，其制备方法包括物理、化学或两者结合的方式。水果种子因富含纤维素，是制备活性炭的理想原料。制备过程通常包括清洗、干燥、研磨等步骤，然后通过物理或化学活化制备活性炭。不同的制备方法和活化试剂会影响活性炭的结构和吸附性能。
9. 水果种子的近似分析
对水果种子的挥发性成分、碳含量、水分、灰分等进行分析，有助于了解其作为吸附剂的性能。例如，辣木籽壳及其活性炭的水分含量较低，有利于从水溶液中去除 MB。活性炭的灰分含量低于原料，这是由于活化和碳化过程中去除了一些无机成分。挥发性成分的分析表明，原料较高的挥发性使其适合作为活性炭合成的前体，而活性炭较低的挥发性表明其可作为有效的吸附剂。
10. 表面化学
傅里叶变换红外光谱（FTIR）可用于表征吸附剂表面的功能基团，研究吸附过程中吸附剂与吸附质的相互作用。不同水果种子吸附剂表面存在多种功能基团，如 O-H、C-O、C-H 和 C-C 等。FTIR 光谱分析显示，吸附 MB 后，吸附剂表面功能基团的吸收峰发生变化，这表明功能基团参与了吸附过程。
扫描电子显微镜（SEM）可用于分析吸附剂在吸附前后的形态变化。研究发现，水果种子吸附剂在吸附 MB 后，其表面孔隙结构和形貌会发生改变，如孔隙填充、表面变光滑等，这些变化会影响吸附剂的吸附性能。
X 射线衍射（XRD）可研究材料的晶格结构和结晶度。例如，辣木籽壳原料呈无定形状态，而经碳化制备的活性炭呈半结晶状态，这是由于碳化过程中有机成分的分解和结构变化导致的。
热重分析（TG）可评估样品的热性能，确定制备生物炭的最佳温度范围。通过 TG 分析可知，不同水果种子在不同温度下的失重情况不同，可据此确定其最佳热解温度，以制备性能良好的活性炭。
X 射线光电子能谱（XPS）可分析吸附剂表面的化学组成。对枣刺种子粉末的 XPS 分析发现，其表面存在 C1s、N1s 和 O1s 等元素，进一步对 C1s 峰的解卷积分析可揭示表面的碳物种和功能基团。
11. 吸附机制
MB 染料的吸附过程涉及多种离子相互作用，包括偶极 - 偶极、偶极 - 诱导偶极、诱导偶极 - 诱导偶极、氢键、化学键和离子交换等。吸附过程通常是化学吸附和物理吸附的结合，这取决于吸附剂的表面和结构特性以及吸附质的扩散方式。吸附剂表面的含氧功能基团可有效去除染料，同时，静电作用、氢键和 π-π 相互作用在吸附过程中也起着重要作用。
12. 未来展望
利用水果种子制备吸附剂去除 MB 染料是一种可持续的固废管理方法，也是传统商业吸附剂的经济替代品。然而，目前多为实验室研究，实现工业化生产面临挑战，如成本高、技术转化困难等。未来需要加强转化研究和技术转移，提高公众对水污染问题的认识，以推动低成本吸附剂在废水处理中的应用。
13. 结论
水果种子废弃物衍生的吸附剂具有使用方便、吸附效果好和经济效益高等优点。其吸附机制受吸附剂表面功能基团影响，吸附模型以 Langmuir 模型为主，吸附动力学主要遵循准二级模型，热力学分析表明吸附过程通常是自发吸热的。虽然水果种子衍生吸附剂有良好的应用前景，但仍面临生产规模扩大、化学试剂使用、吸附剂效率提升等挑战，解决这些问题对推进相关技术发展至关重要。
