基于香附子(Cyperus articulatus)衍生的绿色渗透基质高效控制碘污染及光催化降解亚甲基蓝的研究

本研究针对放射性碘同位素(如129 I/131 I)和亚甲基蓝(MB)染料的环境污染难题，开发了香附子碳化材料(CAC)作为绿色渗透基质。通过可控热解法制备的CAC展现出卓越的碘吸附能力(613 mg/g)和光催化MB降解性能(93%)，其表面氧官能团和异质结构通过化学吸附主导污染物去除，为核废料管理和染料废水处理提供了可持续解决方案。

　　

随着核能利用和纺织工业的快速发展，放射性碘同位素(¹²⁹
I/¹³¹
I)和亚甲基蓝(MB)染料的环境污染已成为全球性挑战。碘同位素因其长半衰期(如¹²⁹
I达千万年)和生物累积性威胁生态系统，而MB染料则通过阻碍水体光合作用破坏水生生态。传统处理方法面临能耗高、二次污染等问题，亟需开发绿色高效的解决方案。

来自中国的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表研究，利用湿地植物香附子(Cyperus articulatus)制备碳化材料(CAC)。通过400°C控温热解结合乙醇纯化获得多孔碳基质，采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)表征材料特性，通过动力学模型和等温线实验评估污染物去除机制，并创新性地利用自然 sunlight 增强MB降解效率。

3.1 材料表征
p-XRD显示CAC具有sp²
杂化碳(002)晶面为主的非晶结构，FTIR证实表面存在羟基(-OH)和羰基(C=O)等活性位点。Zeta电位测定揭示pH_pzc
为6.9，SEM观察到材料呈现多孔碎裂形貌，这些特性共同构成污染物捕获的物理化学基础。

3.2 碘吸附研究
CAC对气态碘的饱和吸附量达613 mg/g，伪二级动力学模型(R²
=0.997)表明化学吸附主导过程。在极性和非极性溶剂(水/正己烷)中均实现完全脱碘，证实其环境适应性。

3.3 MB吸附优化
在100 rpm搅拌、318 K条件下获得91%去除率。热力学参数(ΔG⁰
=-6.17 kJ/mol)证实反应自发进行，5 mg剂量即可达到吸附平衡，展现优异成本效益。

3.4 pH效应
碱性条件(pH 10)最利MB去除，与材料表面负电荷增强有关。自然 sunlight 照射使去除率提升6%，归因于光激发产生的羟基自由基(HO•)氧化作用。

3.5 机制解析
Sips等温线模型(R²
≈1)表明MB吸附存在多分子层覆盖，最大容量达25.28 mg/g(光照)和22.62 mg/g(黑暗)。FTIR谱图显示吸附后C-N(1424 cm^-1
)和C=O(1585 cm^-1
)峰位移，证实污染物与表面官能团的化学相互作用。

该研究开创性地将湿地植物转化为高性能环境修复材料，其碘吸附容量超越多数报道材料，且首次报道香附子碳对MB的光催化增强效应。CAC制备过程避免强酸强碱使用，全生命周期符合绿色化学原则，为核电站废水处理和印染行业污染控制提供了可扩展的解决方案。研究揭示的生物质碳-污染物界面作用机制，为设计新型环境功能材料提供了理论依据。