污泥源腐殖酸改性海藻酸钠气凝胶高效去除水中铜离子的机制与性能研究

针对含铜废水处理难题，研究人员创新性地利用填埋场渗滤液剩余污泥提取的腐殖酸(SHA)改性海藻酸钠(SA)，制备SA/SHA气凝胶。该材料对Cu(II)的最大吸附量达188.38 mg/g，通过复合配位与离子交换主导的化学吸附机制实现高效去除，且具备抗干扰性强、可循环使用等优势，为重金属废水治理提供了经济高效的新型吸附剂方案。

　　

随着工业快速发展，含铜废水排放对生态环境和人体健康构成严重威胁。传统处理方法如混凝絮凝、膜过滤等存在成本高或二次污染风险，而吸附法因其经济高效备受关注。海藻酸钠(SA)虽具生物相容性好等优点，但存在吸附容量低、机械强度差等缺陷。与此同时，填埋场渗滤液污泥中富含的腐殖酸(HA)因其多官能团结构展现出优异的重金属吸附潜力。湖北工业大学的研究团队创新性地将污泥源腐殖酸(SHA)与SA复合，开发出兼具高性能与低成本优势的SA/SHA气凝胶吸附剂，相关成果发表于《Journal of Contaminant Hydrology》。

研究采用SEM-EDS（扫描电镜-能谱联用）、BET（比表面积分析）、3D-EEM（三维荧光光谱）等表征技术，结合吸附动力学和热力学实验，系统评估材料性能。通过填埋场渗滤液剩余污泥提取SHA，与SA共混后经冷冻干燥和交联制备气凝胶。

吸附剂表征
SEM显示SA/SHA气凝胶具有多孔结构，比表面积达47.52 m²
/g，较纯SA提升显著。FTIR证实SHA的羧基(-COOH)和羟基(-OH)成功引入，XPS分析揭示Cu(II)吸附后出现Cu 2p特征峰，证实化学吸附主导过程。

吸附性能
在pH=5时达到最佳吸附效果，最大吸附容量188.38 mg/g，是纯SA气凝胶的2.15倍。动力学符合伪二级模型，等温线拟合Langmuir模型优于Freundlich模型，表明为单层化学吸附。共存离子实验显示二价阳离子干扰显著强于一价阳离子。

机制分析
通过XPS和FTIR证实吸附主要依赖羧基/酚羟基与Cu(II)的配位作用，辅以离子交换（Ca²⁺
/Mg²⁺
与Cu²⁺
置换）。3D-EEM证实SHA的芳香结构参与π-π相互作用，BET证实多孔结构提升传质效率。

环境安全性
重金属浸出实验显示处理后溶液未检出二次污染。经过5次吸附-脱附循环，材料保持结构完整，吸附效率仅下降9.7%，证明其工程应用潜力。

该研究通过废物资源化思路，将环境污染物转化为功能材料，不仅实现Cu(II)高效去除，还为污泥高值化利用提供新途径。SA/SHA气凝胶的制备工艺简单、成本低廉，其"以废治废"策略对重金属废水治理具有重要示范意义。研究揭示的配位-离子交换协同机制为新型吸附剂设计提供了理论指导，柱吸附实验证实其在实际废水处理中具备应用可行性。