新型螯合偕胺肟基介孔二氧化硅复合材料高效去除废水中铅离子的研究

本研究针对工业废水中Pb2+污染难题，开发了一种新型介孔二氧化硅固定化偕胺肟复合材料（SGBA）。通过多尺度表征（XPS、FT-IR、BET等）证实其优异结构特性，在pH 3、25°C条件下实现242 mg/g超高吸附容量，符合Langmuir模型与准二级动力学，且可高效再生。该材料为重金属废水治理提供了创新解决方案。

　　

随着电镀、电池制造等工业发展，含铅废水对生态环境和人类健康构成严峻威胁。铅被国际癌症研究机构列为致癌物，其在水体中的浓度受到严格限制（WHO标准为10 μg/L）。传统处理方法如化学沉淀、离子交换存在成本高或二次污染等问题，开发高效、可再生的吸附材料成为研究热点。

沙特阿拉伯教育部资助的研究团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表成果，首次合成介孔二氧化硅固定化偕胺肟复合材料（SGBA）。通过X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、氮气吸附脱附（BET）等表征技术，证实材料具有501 m²/g比表面积和4.6 nm孔径。针对埃及石油总公司（EGPC）矿区废水，在pH 3、25°C条件下，20分钟内实现242 mg/g吸附容量，远超MOF-808-EDTA等材料。

关键方法
研究采用四步法制备SGBA：硅胶活化→氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）接枝→氰基转化→偕胺肟功能化。通过ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱）定量Pb²⁺浓度，结合Langmuir/Freundlich等温模型和伪二级动力学分析吸附机制，TGA（热重分析）评估材料稳定性。

研究结果

1. 材料表征：²⁹Si-NMR证实硅氧烷网络形成，FT-IR显示C=N键特征峰（2240 cm^-1），EDX（能量色散X射线谱）验证Pb²⁺成功负载。
2. 吸附优化：在1000 mg/L初始浓度下，1.5 M H₂SO₄可实现>99%脱附效率，5次循环后容量保持率超90%。
3. 机制分析：XPS揭示Pb-N/O配位键形成，符合硬软酸碱（HSAB）理论；ΔG⁰=-28.5 kJ/mol表明自发放热过程。

结论与意义
该研究开创性地将偕胺肟基团与介孔二氧化硅结合，其242 mg/g的Pb²⁺吸附容量刷新同类材料记录。快速动力学（20分钟达平衡）和酸性条件适应性（pH 3）使其特别适合处理矿业酸性废水。材料通过简单酸洗再生，操作成本显著低于离子交换树脂。作者M. Mohery团队指出，SGBA的介孔结构（0.58 cm³/g孔容）为多金属协同吸附提供了拓展空间，未来可应用于镉、砷等复合污染治理。这项技术为工业废水达标排放（<5 μg/L）提供了可行方案，兼具环境效益与工程化潜力。