纳米磁性多孔三维石墨烯革新水环境中刚果红连续去除效能：基于RSM方法的机制解析

本研究针对难降解偶氮染料刚果红(CR)的水污染问题，开发了锰铁氧体-三维石墨烯(MnFe2 O4 -3DG)纳米杂化材料。通过RSM方法优化参数，在pH=7、20 mg/L初始浓度条件下实现94.15%去除率，符合Langmuir模型(R2 =0.999)，为工业废水处理提供新型磁性可回收吸附剂方案。

　　

随着纺织、制药等行业排放的偶氮染料持续污染水体，刚果红(CR)因其含-N=N-结构的强稳定性成为治理难点。传统吸附法存在分离困难、再生成本高等瓶颈，开发兼具高效吸附与易回收特性的纳米材料迫在眉睫。针对这一挑战，来自University of Tabriz的研究团队通过构建锰铁氧体修饰的三维石墨烯(MnFe₂
O₄
-3DG)纳米杂化材料，实现了CR染料的高效去除与磁性回收，相关成果发表于《Microporous and Mesoporous Materials》。

研究采用化学氧化-水热法合成三维石墨烯(3DG)骨架，通过共沉淀负载MnFe₂
O₄
纳米颗粒。利用FTIR、SEM-EDX等表征确认材料的多孔结构和化学组成，通过响应面法(RSM)优化吸附参数，结合Langmuir等温模型和伪二级动力学分析吸附机制。

【Synthesis of adsorbent】
通过改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO)，经PEG 400辅助的水热自组装形成三维网络结构，再通过共沉淀在3DG表面负载MnFe₂
O₄
纳米颗粒。BET测试显示材料具有高比表面积(>300 m²
/g)，VSM证实其超顺磁性(饱和磁化强度42.6 emu/g)。

【Experimental optimization】
RSM设计显示pH=7时静电相互作用最强，60分钟达到吸附平衡。Langmuir模型拟合度(R²
=0.999)表明单分子层吸附占主导，最大吸附容量达156.3 mg/g。伪二级动力学(R²
=0.999)揭示化学吸附是限速步骤，颗粒内扩散模型则反映多阶段吸附特征。

【Thermodynamic studies】
ΔG⁰
为负值(-12.4 kJ/mol)证实过程自发进行，ΔH⁰
(-28.7 kJ/mol)显示放热特性，升温反而不利于吸附。五次循环实验后仍保持85%效率，磁分离后材料回收率达92%。

该研究创新性地将MnFe₂
O₄
的磁响应性与3DG的多孔特性结合，解决了传统吸附剂分离难的痛点。通过系统优化参数建立的RSM模型，为实际废水处理工艺提供精确调控依据。材料在连续流实验中展现的稳定性，预示着其在工业级水处理装置中的应用潜力，为发展绿色水处理技术提供了新思路。