基于表面电荷修饰月桂叶的超吸附剂合成策略及其对水体中孔雀石绿染料的高效去除研究

推荐：为解决水体中有害染料污染问题，研究人员开发了一种表面电荷修饰的月桂叶超吸附剂(S-CBL)，通过SDS表面活性剂超声处理制备。该材料在pH 6、15°C条件下20分钟即可实现98.8%的MG去除率，最大吸附容量达633 mg/g。研究证实吸附过程符合Langmuir模型和伪二级动力学，为低成本、高效的染料废水处理提供了新方案。

　　

水体污染已成为全球性环境问题，其中纺织工业排放的合成染料因其复杂的芳香结构和抗生物降解性，对生态系统和人类健康构成严重威胁。孔雀石绿(Malachite Green, MG)作为一种典型的阳离子三苯甲烷染料，被广泛应用于纺织、造纸和食品工业，但其具有致畸、致癌特性，即使在低浓度下也易造成水体显色污染。传统处理方法如膜分离、光催化等存在成本高或效率低的局限，而吸附法因其操作简单、成本低廉成为研究热点。农业废弃物因其丰富的官能团和可再生特性，被视为理想的吸附剂原料，但未经改性的生物质材料往往吸附容量有限。

在这项发表于《Desalination and Water Treatment》的研究中，科研团队创新性地利用月桂叶(Laurus nobilis)这一农业副产品，通过十二烷基硫酸钠(Sodium Dodecyl Sulfate, SDS)表面电荷修饰，开发出具有超高吸附性能的S-CBL材料。月桂叶作为地中海地区常见植物，含有丰富的多酚、木质素和蛋白质，其提取精油后的残渣常被作为废弃物处理。研究人员通过简单的超声辅助表面修饰技术，成功构建了具有多孔结构和负电荷表面的新型吸附剂。

关键技术方法包括：1) 采用超声处理将SDS负载于月桂叶粉末(100 μm粒径)；2) 通过FESEM-EDX、FT-IR和XRD表征材料形貌与结构；3) 系统考察pH、温度、接触时间等参数对MG吸附的影响；4) 运用线性/非线性模型分析吸附动力学和等温线；5) 通过实际水样验证材料应用潜力。

【3.1. 吸附参数影响】研究揭示了pH是控制吸附过程的关键因素，当溶液pH高于材料零电荷点(pH_PZC
=5)时，带负电的S-CBL表面与阳离子MG产生强静电作用，在pH 6时去除率达98.81%。吸附量随初始浓度(50-300 ppm)增加而提升，最高达146.1 mg/g，但超过300 ppm后因活性位点饱和导致效率下降。

【3.2. 材料表征】FT-IR分析显示S-CBL含有丰富的S-O(1055 cm^-1
)、C=O(1735 cm^-1
)等官能团，吸附后特征峰位移证实了MG与-CH基团的化学相互作用。FESEM显示SDS修饰使材料形成37.87-72.04 nm的多孔结构，EDX证实硫元素含量从0.44%增至0.77%，XRD表明材料呈非晶态特性更利于污染物吸附。

【3.3-3.5 机理研究】热力学参数ΔG°(-12.847至-9.633 kJ/mol)、ΔH°(-40.268 kJ/mol)证实吸附为自发放热过程，伪二级动力学(R2>0.99)和Elovich模型表明存在化学吸附。非线性Langmuir模型拟合得到超高吸附容量633 mg/g，远超咖啡渣(24.8 mg/g)等传统生物吸附剂。

【3.6 应用验证】在实际河水(R.W)和井水(W.W)中，S-CBL分别保持91.56%和87.16%的MG去除率，尽管高浓度Ca²⁺
(274 ppm)、SO₄
^2-
(154 ppm)等会竞争活性位点。

这项研究的重要意义在于：1) 开发了"废弃物变宝"的绿色材料制备策略，为每年数百万吨月桂叶残渣找到高值化利用途径；2) 通过简单的表面电荷修饰使吸附容量提升25倍以上，q_max
达633 mg/g属同类材料领先水平；3) 阐明了静电作用与氢键协同的吸附机制，为设计新型生物基吸附剂提供理论指导；4) 20分钟快速吸附的特性使其具备工业化应用潜力。该成果不仅为染料废水治理提供了经济高效的解决方案，也为其他农业废弃物的资源化利用树立了典范。