电化学传感与光催化-吸附协同技术：刚果红染料的纳米级检测及废水全去除研究

本研究针对工业废水中剧毒偶氮染料刚果红(CR)的检测与去除难题，开发了基于多壁碳纳米管(MWCNTs)/玻碳电极(GCE)的电化学传感器(LOD达0.1 nM)，并创新性结合氧化石墨烯(GO)吸附(100%去除)和BaO纳米颗粒光催化(酸性条件下95%降解)技术，为水环境安全提供了"检测-净化"一体化解决方案。

　　

纺织印染行业排放的废水含有大量刚果红(CR)等偶氮染料，这些物质不仅造成水体变色，更会引发皮肤刺激、呼吸系统问题，甚至通过抑制肝酶活性导致血栓、神经毒性等严重健康危害。传统检测方法灵敏度不足，而常规处理技术难以实现染料的完全去除，这促使研究人员探索更高效的"检测-净化"协同技术。

研究团队设计了一种创新性的解决方案：首先构建多壁碳纳米管(MWCNTs)修饰的玻碳电极(GCE)传感器，通过循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)证实其电活性表面积增至0.085 cm²，电荷转移电阻显著降低。在0.3 M NaOH、0 V沉积电位条件下，该传感器对CR的检测限(LOD)达到0.1 nM，远超已报道的GO/GCE(0.24 μM)和AuNPs/CPE(0.07 μM)传感器。

在净化技术方面，研究首次将BaO纳米颗粒(平均晶粒尺寸16 nm，带隙3.7 eV)光催化与GO吸附联用。实验显示：

1. 光催化降解：BaO在酸性条件下90分钟内实现95% CR降解，遵循伪一级动力学(速率常数0.032 min^-1)，自由基捕获实验证实羟基自由基(OH·)是主要活性物种。
2. 吸附去除：GO在pH中性、4 mg剂量条件下实现100% CR去除，最大吸附容量达166 mg/g，吸附过程同时符合Langmuir(单层)和Freundlich(多层)模型。

关键技术包括：1)MWCNTs/GCE电极的物理-化学-电化学三步清洁法；2)改良Hummers法制备GO；3)化学沉淀-煅烧法制备BaO NPs；4)紫外-可见光谱(UV-Vis)实时监测降解/吸附过程；5)方波伏安法(SWV)追踪反应动力学。

研究结论表明：

1. 传感平台：MWCNTs修饰显著提升GCE性能，CV显示氧化还原探针K₃[Fe(CN)₆]的峰电流增加，EIS证实电荷转移电阻降低。
2. 光催化：BaO的(200)、(201)晶面暴露促进光生电子-空穴分离，酸性环境更利于CR降解，银硝酸盐(电子捕获剂)实验证实e^-参与O₂·^-生成。
3. 吸附机制：GO的C=O(1736 cm^-1)和C-OH(1365 cm^-1)官能团通过氢键吸附CR，伪二级动力学模型拟合最佳。

该研究的核心价值在于：

1. 首次实现CR的纳摩尔级检测与完全去除的协同技术；
2. BaO光催化剂环境友好，降解产物无毒；
3. GO吸附容量(166 mg/g)显著优于报道的Fe_xCo_3-xO₄(128 mg/g)等材料；
4. 为工业废水处理提供可扩展的解决方案，兼具经济性与生态安全性。论文发表于《Environmental Surfaces and Interfaces》，为水污染防控提供了新的技术范式。