CaCe-LDH功能化废茶生物炭高效吸附核黄素的可持续机制研究

研究人员针对发酵液中核黄素(RF)分离纯化复杂昂贵的问题，开发了废茶生物炭(STB)负载CaCe层状双氢氧化物(LDH)的新型复合材料(STB/CaCe-LDH)。通过共沉淀-浸渍-热解法制备不同Ca:Ce摩尔比的复合材料，采用Taguchi设计优化吸附条件，在pH=6、吸附剂用量50mg、接触时间90min条件下实现98.41%的RF去除率，最大吸附容量达695.2mg/g。该研究为维生素回收提供了高效可重复利用的吸附剂，显著降低了生产成本。

　　

核黄素(RF)作为B族维生素的重要成员，在食品添加剂和动物饲料领域需求巨大，全球年需求量超过3000吨。目前主要通过微生物发酵生产，但发酵液中存在大量杂质，使得传统分离纯化方法如溶剂结晶、酸碱溶解等工艺复杂且成本高昂。如何开发高效、经济的RF回收技术成为亟待解决的产业难题。

以色列理工学院的研究人员创新性地将废茶生物炭(STB)与CaCe层状双氢氧化物(LDH)复合，开发出STB/CaCe-LDH吸附材料。通过系统研究证实，Ca:Ce摩尔比为2:1的复合材料表现出最佳吸附性能，在优化条件下可实现98.41±0.39%的RF去除率，经7次吸附-解吸循环后仍保持稳定活性。这项突破性研究发表在《Environmental Technology》期刊，为维生素工业生产提供了可持续的纯化解决方案。

研究采用多种表征技术：BET分析测定材料比表面积和孔结构，FTIR和XRD分析表面官能团和晶体结构，SEM观察形貌特征，pH_pzc测定等。通过Taguchi实验设计优化吸附参数，并运用Langmuir、Freundlich和Temkin等温线模型分析吸附机理。

3.1节通过比较不同Ca:Ce摩尔比材料的吸附性能，发现STB/CaCe-LDH2:1的RF吸附容量最高(63.35mg/g)，证实低摩尔比有利于形成更多缺陷位点。3.2节材料表征显示：FTIR谱图中625cm^-1处的M-O-M特征峰证实LDH成功负载；XRD显示CaO和CeO₂的特征衍射峰；BET测试表明复合材料具有111.6m²/g的比表面积和10.95nm的平均孔径。3.3节优化实验确定最佳条件为：RF浓度20mg/L、吸附剂用量50mg、接触时间90min、pH6.0。3.4节ANOVA分析表明吸附剂用量对去除效率贡献最大(76.19%)。3.5节吸附等温线符合Langmuir模型，STB/CaCe-LDH2:1的最大吸附容量达695.2mg/g，显著优于其他报道的吸附剂。

研究表明，STB/CaCe-LDH复合材料通过表面络合、静电吸引和π-π相互作用实现RF高效吸附。两阶段吸附系统设计可减少72.6%的吸附剂用量，大幅降低操作成本。这项工作不仅解决了维生素生产中的纯化难题，还为茶渣等生物质废弃物的高值化利用提供了新思路，具有显著的环境和经济效益。材料优异的再生性能(7次循环后仍保持稳定)使其具备工业化应用潜力，为可持续水处理技术的发展提供了重要参考。