海绵负载型FeSx 复合材料实现Cr(VI)高效持久去除：电子传递加速与缓释特性的协同机制

本研究针对废水中高毒性Cr(VI)去除效率低、材料易团聚的难题，通过原位沉积法将铁硫复合物（FeSx ）均匀负载于三聚氰胺海绵（MS），构建FeSx /MS三维复合材料。该材料在pH 3.0-5.0条件下对5 mg/L Cr(VI)的去除率达99.44%，反应动力学速率较FeS2 提升37倍，并通过加速电子传递（Tafel/CV验证）和缓释Fe实现持久净化，在真实水体中仍保持90%以上去除率，为重金属污染治理提供新策略。

　　

重金属污染治理一直是环境领域的重大挑战，其中六价铬（Cr(VI)）因其强毒性和高迁移性被列为优先控制污染物。尽管传统铁基材料（如FeS₂
）能还原Cr(VI)为低毒Cr(III)，但存在反应速率慢（需25小时以上）、材料易团聚等问题。更棘手的是，粉末状FeS_x
在流动体系中易流失，可能造成二次污染。如何开发兼具高效性和持久性的净化材料，成为突破技术瓶颈的关键。

武汉纺织大学的研究团队创新性地将目光投向具有三维多孔结构的商业三聚氰胺海绵（MS）。通过多巴胺（PDA）改性增强表面粘附性，采用原位沉积法成功构建了FeS_x
/MS复合材料。这项发表于《Environmental Research》的研究显示，该材料不仅实现了Cr(VI)近100%的快速去除（0.1011 min^-1
），更在动态流动条件下展现出长达10次循环的稳定性能，为工业废水处理提供了新方案。

关键技术方法包括：通过SEM-EDS表征材料形貌与元素分布，XPS分析硫价态变化以阐明反应机制，Tafel扫描和循环伏安法（CV）量化电子传递效率，并采用FAAS检测实际水样中的铬残留。研究团队还设计了快速流动模拟实验，评估材料在动态条件下的长期性能。

Characterization of the composite
SEM显示FeS_x
以球状/块状均匀覆盖海绵骨架，EDS图谱证实Fe、S元素的空间均一分布。反应后S元素比例下降而Fe上升，XPS揭示SO₄
^2-
占比从39.22%增至61.18%，表明S₂
^2-
氧化参与Cr(VI)还原。Cr元素在材料表面的特异性分布证实其被有效固定。

Enhanced electron transfer mechanism
Tafel曲线显示FeS_x
/MS的腐蚀电流密度较FeS₂
提高2个数量级，CV测试中氧化还原峰电流显著增强，证实PDA改性层不仅防止FeS_x
脱落，还促进电子传导。动力学分析表明复合材料表观速率常数（0.1011 min^-1
）是FeS₂
的37倍。

Anti-interference performance
在含Cl^-
、NO₃
^-
等干扰离子的自来水/自然水体中，Cr(VI)去除率仍超90%。工业废水实验显示最终出水Cr浓度仅0.14 mg/L，远低于中国标准（0.05 mg/L）。动态实验中材料连续10次循环保持100%初始去除率，Fe缓释浓度稳定在1.2-2.8 mg/L。

Conclusion
该研究通过理性设计三维载体材料，巧妙解决了FeS_x
易团聚、电子传递慢的核心问题。FeS_x
/MS的优异性能源于三大机制：①PDA层增强的电子传导网络，②海绵骨架提供的高密度活性位点，③S₂
^2-
/Fe²⁺
协同还原产生的"双电子供给"效应。特别值得注意的是，材料在流动体系中展现的"动态自更新"特性——反应生成的Cr(OH)₃
沉积层不会阻塞孔隙，反而通过静电吸附进一步捕获Cr(VI)。这项技术为开发低成本、易回收的重金属处理装置提供了理论支撑，其"载体化"设计思路可拓展至其他过渡金属污染物的治理。