磁性核桃壳纳米复合材料的原位共沉淀法制备及其对孔雀石绿染料的高效去除研究

本研究针对工业废水中难降解的孔雀石绿(MG)染料污染问题，开发了一种新型磁性核桃壳(MJRS)纳米复合材料。通过原位共沉淀法合成的MJRS经SEM/EDS、XRD、VSM等多技术表征，在298-328K条件下对MG的最大吸附量达440.529mg/g，符合Langmuir模型和伪二级动力学，且可经7次盐酸再生循环保持性能。该研究为农业废弃物资源化利用和染料废水处理提供了高效、可磁分离的可持续解决方案。

　　

随着工业化的快速发展，染料废水污染已成为全球性环境挑战。孔雀石绿(MG)作为一种三苯甲烷类染料，虽在纺织、水产养殖等领域广泛应用，却具有致癌、致突变等生态风险，其持久性和生物累积性对水体生态系统构成严重威胁。传统处理方法如化学沉淀、反渗透等存在成本高、二次污染等问题，而农业废弃物吸附材料又面临分离困难、再生性能差等瓶颈。如何开发兼具高效吸附性能和易回收特性的新型材料，成为当前环境修复领域的研究热点。

印度阿里格尔穆斯林大学应用化学系的研究人员创新性地利用核桃壳(Juglans regia shell, JRS)这一农业废弃物，通过原位共沉淀法将Fe₃
O₄
纳米颗粒负载于其表面，成功制备出磁性核桃壳(MJRS)纳米复合材料。该研究通过系统的表征和吸附实验证明，MJRS对MG染料的去除能力显著优于传统吸附剂，最高吸附容量达440.529mg/g，且可通过外部磁场实现快速分离。相关成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》上，为农业废弃物资源化利用和可持续水处理技术开发提供了新思路。

研究采用扫描电镜/能谱(SEM/EDS)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)等技术表征材料形貌和磁性能，通过比表面积分析(BET)和热重分析(TGA)测定物理化学特性。吸附实验考察了pH、剂量、接触时间等参数影响，结合动力学和等温线模型分析吸附机制，并进行了7次盐酸再生循环测试。

SEM和EDS分析显示未负载的MJRS具有多孔蓬松结构，表面粗糙且存在Fe、O元素均匀分布的纳米颗粒；染料负载后表面变得光滑，出现新的C、N元素峰，证实MG成功吸附。XRD分析证实材料中存在Fe₃
O₄
晶体结构，结晶度良好。VSM测试表明MJRS具有超顺磁性，饱和磁化强度为36.2emu/g，可实现快速磁分离。BET结果显示材料比表面积为48.6m²
/g，介孔结构有利于染料分子扩散。

吸附性能研究发现pH=7时去除率最高(93.5%)，伪二级动力学模型(R²

0.99)表明化学吸附主导过程。Langmuir等温线拟合显示328K时最大单层吸附容量达440.529mg/g，显著高于多数报道的生物吸附剂。热力学参数ΔH°(45.32kJ/mol)和ΔG°(-5.12至-7.89kJ/mol)证实吸附为自发的吸热过程。再生实验表明经7次循环后吸附效率仍保持85%以上，Fe离子溶出量<1.5mg/L，证明材料稳定性良好。

该研究创新性地将农业废弃物与磁性纳米技术结合，解决了传统生物吸附剂分离困难的关键瓶颈。MJRS纳米复合材料不仅继承了核桃壳丰富的表面官能团(羟基、羧基等)和三维多孔结构，还通过Fe₃
O₄
负载引入了磁响应特性，实现了"高效吸附-快速分离-酸再生"的闭环处理流程。从实际应用角度看，材料原料成本低廉、制备工艺简单，且在处理高浓度染料废水(100-500mg/L)时展现出显著优势，为工业废水处理提供了具有规模化应用潜力的解决方案。

研究团队Shaida Khan和Zeeshan Ahamad等通过系统的实验设计和严谨的数据分析，证实了磁性改性可显著提升农业废弃物吸附剂的实用价值。该工作不仅为MG染料的去除提供了新型材料，更重要的是建立了一种可推广的农业废弃物功能化改造范式，对推动绿色水处理技术的发展具有重要意义。未来研究可进一步探索材料对复合污染体系的协同去除机制，并开展中试规模的工艺验证。