热解废弃蚊香吸附剂对制革废水中三价铬的高效去除机制及环境应用研究

本研究针对制革废水排放的三价铬(Cr(III))污染问题，创新性地利用热解废弃蚊香吸附剂(TWMCA)开展吸附处理。通过SEM-EDS、FTIR和pHpzc表征证实其多孔结构及表面特性，在优化条件(1.0 g/50 mL、30 min搅拌、6 h沉降、40°C、pH 6.3)下实现99.97% Cr(III)去除率，同步降低BOD5(81.17%)和COD(50%)。Freundlich等温线和伪二级动力学模型揭示其物理吸附机制，H3PO4解吸实验证实材料可重复使用。该研究为"以废治废"提供新思路，推动SDGs目标下的可持续污染治理。

　　

制革工业是全球公认的高污染行业，每年产生大量含铬废水。在孟加拉国，制革业贡献超10亿美元年产值，但每加工1吨生皮就会排放30-35立方米废水，其中三价铬(Cr(III))浓度高达2656-5420 mg/L，远超2 mg/L的排放标准。这些重金属废水不仅破坏水生态系统，更可能通过食物链危害人类健康，引发肝肾损伤、皮肤病等疾病。尽管现有技术如电凝法、膜分离能处理铬污染，但高昂成本和二次污染问题制约其应用。与此同时，全球每年消耗290亿盘蚊香，其燃烧残渣尚未有效利用。这种"污染治理困境"与"废弃物堆积"的双重挑战，促使研究者探索将蚊香灰转化为高效吸附剂的创新方案。

来自库尔纳大学的研究团队在《Green Analytical Chemistry》发表论文，系统评估了热解废弃蚊香吸附剂(TWMCA)对制革废水中Cr(III)的去除效能。研究通过热活化处理(350°C, 2.5 h)制备TWMCA，采用SEM观察形貌变化，EDS分析元素组成，FTIR鉴定官能团，pH_pzc测定表面电荷特性，并结合原子吸收光谱(AAS)定量铬含量。通过单因素实验优化吸附参数，采用Freundlich和Langmuir模型拟合吸附行为，伪一级/二级动力学分析反应机制，最后以多种酸/碱溶液评估材料再生性能。

3.1 FTIR光谱分析
对比吸附前后的红外光谱发现，Cr负载后羧酸根离子(COO^-)的1420 cm^-1峰位移至1416 cm^-1，C-O伸缩振动峰从1028 cm^-1移至1032 cm^-1，证实Cr(III)与含氧官能团发生配位作用。新增的3361 cm^-1羟基峰提示形成Cr-羟基复合物。

3.2-3.3 SEM-EDS表征
SEM显示原始TWMCA具有丰富孔隙结构，吸附后表面变得光滑，孔隙被Cr(III)占据。EDS检测到吸附后材料出现Cr特征峰(含量2.18 wt%)，而处理后的滤渣中铬信号消失，证实高效去除。

3.4 pH_pzc机制
测得TWMCA零电荷点为8.45，在优化pH 6.3(<>_pzc)条件下，吸附剂表面带正电，通过静电吸引捕获Cr³⁺及竞争阴离子(SO₄^2-/NO₃^-)。

3.5-3.8 参数优化
剂量实验显示1.0 g/50 mL为最佳投加量，过量吸附剂(>1.2 g)会导致吸附位点浪费。30 min搅拌和6 h沉降时间达到动力学平衡，40°C时吸附量最大，说明过程为吸热反应。

3.9-3.10 吸附模型
Freundlich模型(R²=0.9893)优于Langmuir模型，1/n=0.5835表明存在多层物理吸附。伪二级动力学(R²=0.9999)显示化学吸附主导，理论吸附量达90.9091 mg/g。

3.14 解吸再生
1 M H₃PO₄解吸率最高(89.24%)，但循环使用后效率递减，第三周期降至13.69%，表明存在不可逆吸附位点。

该研究创新性地实现"以废治废"策略，将蚊香灰转化为高效吸附剂，单次处理即可使Cr(III)浓度从2920 mg/L降至1.02 mg/L。技术经济分析显示，每盘蚊香(13.36 g)可产2.18 g灰渣，经热活化后获得2.06 g TWMCA(得率94.61%)，处理成本显著低于商业活性炭。这种双赢方案既消纳了固体废弃物，又解决制革行业铬污染难题，为发展中国家提供可负担的水处理技术。未来研究可聚焦于吸附剂改性提升循环性能，以及规模化应用中的参数优化。