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随着纺织业发展，偶氮染料（如 ACG2）污染水体，危害环境和健康。研究人员制备藻类基磁性生物炭纳米复合材料（Fe3O4@BC）用于吸附 ACG2。结果显示其吸附性能优异，可重复使用。该研究为废水处理提供新方案。
在全球纺织业蓬勃发展的当下，大量合成有机染料被排放到自然水体中，其中偶氮染料由于其结构稳定，难以生物降解，会在水生生态系统中持续存在，对环境和人类健康构成严重威胁。偶氮胭脂红 G2（ACG2）作为一种广泛应用于多个行业的危险偶氮染料，每年有大量被排放到水体中，其含有的发色偶氮基团经还原裂解会产生高毒性的芳香胺，且具有致突变和致癌性。传统的废水处理方法，如膜过滤、化学沉淀等，对 ACG2 的去除效果不佳，还存在能耗高、产生二次污泥等问题。因此，开发高效、可持续的 ACG2 吸附方法迫在眉睫。
在此背景下，来自埃及国家研究中心水污染研究部等研究机构的研究人员开展了一项关于藻类基磁性生物炭纳米复合材料（Fe3O4@BC）去除水中 ACG2 染料的研究。该研究成果发表在《BMC Chemistry》上，为解决水体中 ACG2 污染问题提供了新的方向和方法，具有重要的环境意义和应用价值。
研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先是材料制备技术，从印度维沙卡帕特南的孟加拉湾采集石莼（Ulva fasciata），通过一系列处理制备藻类生物炭，再进一步合成磁性生物炭纳米复合材料；其次是材料表征技术，运用 X 射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等多种手段对材料进行表征；最后是吸附实验技术，通过批量吸附实验，研究不同因素对 ACG2 吸附效果的影响，并进行动力学、等温线和热力学分析。
研究结果
- 材料表征
通过 XRD 分析，发现生物炭（BC）含有CaO和CaCO3，Fe3O4@BC呈现出Fe3O4的特征峰。TEM 图像显示，磁性成分均匀分布在碳层中，Fe3O4@BC核心平均直径为8±2.8nm 。SEM 和 EDX 分析表明，BC 表面粗糙多孔，Fe3O4@BC吸附 ACG2 后表面被覆盖。FTIR 光谱显示，BC 和Fe3O4@BC含有多种可用于吸附的官能团，吸附 ACG2 后官能团发生变化。Raman 光谱分析发现，Fe3O4纳米颗粒的加入改变了 BC 的结构。BET 分析表明，Fe3O4@BC比表面积和孔体积显著增加。
- 吸附性能研究
研究发现，接触时间对 ACG2 吸附有显著影响，在 220min 达到吸附平衡。pH 对吸附效果影响较大，酸性条件下吸附效果最佳，在 pH 为 1 时，Fe3O4@BC对 ACG2 的吸附效果最好。随着吸附剂用量增加，吸附效率提高，但吸附容量先增后减。温度对吸附容量影响较小，升高温度，吸附容量变化不大。
- 吸附动力学、等温线和热力学
吸附动力学符合准二级动力学模型，表明化学吸附在染料吸附过程中起重要作用。吸附等温线研究显示，Langmuir 和 Freundlich 模型都能较好地描述吸附行为，但 Langmuir 模型拟合效果更好，说明吸附主要是单分子层吸附。热力学分析表明，吸附过程是自发的，且随着温度升高，吸附的自发性降低。
- 吸附机制和对比研究
Fe3O4@BC通过物理和化学机制吸附 ACG2，包括孔隙扩散、范德华力、电子共享等。与其他研究相比，藻类基磁性生物炭对 ACG2 的吸附能力与竹屑制备的生物炭相当，可有效用于染料废水处理。
- 复合材料的可重复使用性
经无水乙醇再生处理后，Fe3O4@BC复合材料可重复使用，尽管吸附效率有所下降，但仍保持较高水平，在五次循环后吸附效率仍能达到 83% 。
研究结论与讨论
该研究全面探究了Fe3O4@BC对 ACG2 的吸附性能，发现 pH、吸附剂用量等因素对吸附效果有显著影响。吸附过程符合准二级动力学模型和 Langmuir 等温线模型，表明化学吸附和单分子层吸附起主导作用。Fe3O4@BC具有良好的可重复使用性，在多次循环后仍能保持较高的吸附能力。藻类生物质来源广泛且可持续，该研究成果为大规模废水处理提供了一种高效、环保的吸附剂，符合可持续发展目标，有望在实际废水处理中得到广泛应用，对解决水体偶氮染料污染问题具有重要意义。
