磁性可回收PANI@α-Fe2 O3 -蒙脱石纳米复合材料高效同步去除废水中Cr(VI)和OG染料的研究

针对工业废水中重金属Cr(VI)和有机染料OG共存污染难题，研究人员通过界面聚合法设计出磁性PANI@α-Fe2 O3 -Mt纳米复合材料。该材料通过静电作用、π-π堆积和还原-螯合等多机制协同，实现Cr(VI)(284.90 mg·g-1 )和OG(250.19 mg·g-1 )的高效同步去除，实际废水处理效率超90%，为复杂污染物治理提供新策略。

　　

随着工业快速发展，含有重金属和有机染料的复合污染已成为水环境治理的重大挑战。其中，六价铬Cr(VI)具有强致癌性，而橙黄G(OG)作为典型偶氮染料难以生物降解，两者在电镀、印染等行业废水中常同时存在。传统吸附材料存在选择性差、回收困难等问题，开发能同步去除两类污染物的高效吸附剂迫在眉睫。

针对这一难题，由国内研究团队在《Environmental Research》发表的研究成果，创新性地将导电聚合物聚苯胺(PANI)与磁性α-Fe₂
O₃
和蒙脱石(Mt)复合，通过界面聚合法制备出PANI@α-Fe₂
O₃
-Mt纳米复合材料。该材料在真实废水中对Cr(VI)和OG的同步去除率分别达87.5%和90.89%，且经4次循环后仍保持80%以上效率，为工业废水深度处理提供了新材料。

研究采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料结构，通过Box-Behnken设计(BBD)优化吸附条件，结合动力学模型和等温线分析阐明去除机制。实际废水样本来自西班牙Tui-Guillarei市政污水处理厂，通过紫外分光光度法测定污染物浓度。

3.1 结构表征
XRD显示α-Fe₂
O₃
的特征峰(2θ=24.20°-75.41°)与Mt衍射峰(19.88°, 26.87°)共存。FTIR证实PANI成功包覆，存在苯环(1584 cm^-1
)和醌环(1474 cm^-1
)特征振动。XPS分析揭示材料含N-H(399.22 eV)和Fe-O(710.49 eV)等活性位点，为污染物结合提供基础。

3.3 吸附性能
在pH=2时Cr(VI)去除率达93.31%，依靠静电吸引和还原作用；而OG在pH=5时去除率98.7%，主要通过π-π相互作用。Freundlich模型(R²

0.99)表明多层吸附占主导，最大吸附量达284.90 mg·g^-1
(Cr(VI))和250.19 mg·g^-1
(OG)。PSO动力学模型显示化学吸附为限速步骤，50-60分钟可达平衡。

3.3.5 实际应用
在含COD(38 mg/L)、NH₄
⁺
(0.27 mg/L)等复杂组分的真实废水中，材料对20 mg/L污染物的去除效率仍超87%，磁分离回收后性能稳定。XPS证实Cr(VI)被还原为Cr(III)(577.21 eV)，而OG通过-SO₃
^-
(168.22 eV)与材料结合。

这项研究通过精准设计PANI@α-Fe₂
O₃
-Mt的三元结构，首次实现Cr(VI)还原-固定和OG吸附的协同处理。材料兼具磁性分离优势(饱和磁化强度未报道但实验证实可磁回收)和环境友好特性，其吸附容量较传统材料提高2-3倍。该成果为工业废水多污染物同步治理提供了新思路，特别是针对电镀、印染等行业的复合污染控制具有重要应用价值。未来研究可进一步探索材料在高级氧化耦合吸附体系中的性能优化。