氢氧化镍改性聚丙烯杂化微粒吸附去除水中活性黄145染料的平衡动力学与热力学研究

针对纺织废水中有毒难降解染料污染问题，埃及研究人员开发了氢氧化镍/聚丙烯(NiH/PP)杂化吸附剂，通过FT-IR、SEM等技术表征材料特性，系统研究了pH、温度等参数对活性黄145(RY145)吸附的影响。研究表明该材料最大吸附容量达39.62 mg g-1，符合伪二级动力学和Langmuir模型，证实其为自发的吸热过程(ΔH=25.52 kJ mol-1)，为低成本废水处理提供了新方案。

　　

随着纺织、制药等工业的快速发展，含有偶氮结构的合成染料对水环境的污染日益严重。活性黄145(RY145)作为典型的乙烯砜型活性染料，因其分子结构中稳定的-SO₃^-基团和偶氮键，难以通过常规生物降解方式去除，且具有潜在的致癌性。目前报道的吸附材料如活性炭、生物炭等存在吸附容量低(7.3-17 mg g^-1)、成本高等局限。针对这一环境治理难题，埃及赫勒万大学与埃及石油研究所的研究团队创新性地将廉价聚丙烯(PP)废弃物与氢氧化镍结合，开发出具有高效吸附性能的杂化微粒，相关成果发表在《BMC Chemistry》上。

研究团队采用沉淀法在PP微粒表面负载21.25 wt%的Ni(OH)₂，通过FT-IR证实了-OH基团(3378 cm^-1)的成功引入，SEM显示氢氧化镍颗粒(2.5±0.6 μm)均匀分布在PP基底上。BET测试显示材料具有16.45 m² g^-1的比表面积和5.5 nm的介孔结构，Zeta电位测定揭示其在pH 6.8时带+9.4 mV正电荷。通过批量吸附实验结合UV-Vis光谱分析，系统考察了pH、吸附剂剂量、接触时间和温度对RY145去除的影响。

pH影响机制
在pH 2-12范围内，吸附效率随pH升高而显著降低，最佳吸附发生在酸性条件(pH 2时R%=92%)。这种现象归因于Ni(OH)₂的两性特性：在酸性介质中形成[Ni(OH)]⁺正电中心，通过静电吸引染料-SO₃^-基团；而碱性条件下生成的[Ni(OH)₃]^-会阻碍阴离子染料吸附。吸附后溶液pH升高现象证实了羟基离子交换机制的存在。

动力学与等温线
伪二级动力学模型(R²=0.9988)比伪一级模型更能准确描述吸附过程，表明化学吸附占主导。颗粒内扩散模型显示吸附分两阶段进行：快速表面吸附(k_i1=1.495 mg g^-1 min^0.5)和缓慢的孔隙扩散(k_i2=0.339 mg g^-1 min^0.5)。Langmuir模型(R²>0.99)拟合得出的最大吸附容量(39.62 mg g^-1)显著优于文献报道的茶渣活性炭(17 mg g^-1)，平衡参数R_L在0.1-0.4之间证实吸附过程易于进行。

热力学特性
温度升高显著提升吸附性能，15-45℃范围内ΔG从-1.48降至-4.65 kJ mol^-1，结合ΔH=+25.52 kJ mol^-1和ΔS=+90.61 J mol^-1 K^-1，证实该过程为熵驱动的吸热反应。Dubinin-Radushkevich模型计算的吸附能(E=0.57 kJ mol^-1)表明主要作用力为物理吸附。

再生性能
基于pH响应特性，在pH 9条件下进行5次吸附-脱附循环后，材料仍保持78%的去除率，证明其良好的可再生性。机理研究表明，RY145的吸附主要通过静电吸引、π-π堆叠和氢键等多重作用实现。

该研究首次系统论证了氢氧化镍改性聚丙烯杂化材料在染料废水处理中的应用价值。相较于传统吸附剂，该材料兼具成本优势(利用塑料废弃物)和性能优势(39.62 mg g^-1吸附容量)，其明确的热力学参数和再生特性为工业化应用提供了理论依据。特别是通过简单pH调节即可实现材料再生，大幅降低了运行成本，为发展中国家处理纺织废水提供了切实可行的解决方案。未来研究可进一步优化金属氢氧化物负载量，探索实际工业废水中的竞争吸附效应。