新型多功能磁性生物炭的制备及其在印染废水吸附-降解协同处理中的应用研究

本文推荐研究人员针对印染废水中有机染料污染治理难题，通过玉米芯与赤泥共热解制备兼具吸附与催化降解功能的多功能磁性生物炭（MMBC-400）。该材料对孔雀石绿（MG）的吸附效率达99.19%（吸附量793.51 mg/g），经6次循环后仍保持90%以上效率，并通过自由基（?OH/SO4??）与非自由基（1O2/电子转移）途径实现MG降解率＞85%，为农业与工业废弃物资源化利用提供可持续解决方案。

　　

纺织印染工业的快速发展导致大量高浓度有机染料废水排放，其中孔雀石绿（Malachite Green, MG）作为典型三苯甲烷类染料，因其水溶性高、生物累积性强，对水生生态系统构成严重威胁。传统物理吸附法存在材料功能单一、再生困难等问题，而高级氧化工艺（Advanced Oxidation Processes, AOPs）虽能降解污染物但成本较高。如何开发兼具高效吸附与催化降解功能的材料，成为当前废水处理领域的关键挑战。

内蒙古自治区的研究团队创新性地利用农业废弃物玉米芯和工业废料赤泥（Red Mud, RM），通过400℃热解制备多功能磁性生物炭MMBC-400。该材料不仅实现MG吸附量793.51 mg/g的突破性性能，更通过活化过二硫酸盐（Peroxydisulfate, PDS）产生硫酸根自由基（SO₄^??）和单线态氧（¹O₂），形成吸附-降解协同机制。研究采用SEM/BET表征材料的多级孔结构，结合自由基淬灭实验验证双路径降解机制，并通过循环实验证实材料稳定性。

SEM和BET
扫描电镜显示MMBC-400具有隧道状孔隙结构（对比原始生物炭CBC-400的平滑表面），比表面积达217.35 m²/g，为金属离子（Fe²⁺/Fe³⁺）和染料分子提供丰富锚定位点。

吸附性能
MG吸附符合准二级动力学和Freundlich等温模型，表明化学吸附主导的多层吸附过程。材料表面羟基（-OH）和铁氧键（Fe-O）通过配位络合增强污染物捕获能力。

降解机制
自由基淬灭实验证实?OH和SO₄^??贡献率分别为34.2%和21.7%，而非自由基路径（¹O₂与电子转移）占比44.1%，表明双机制协同作用。RM中的Fe₃O₄和Al₂O₃有效活化PDS生成活性氧物种（Reactive Oxygen Species, ROS）。

循环稳定性
6次吸附-再生循环后效率保持90%以上，4次降解循环后效率＞85%，磁分离特性（饱和磁化强度12.36 emu/g）保障了实际应用便利性。

该研究实现了从单一功能材料向吸附-降解一体化系统的范式转变，其创新点在于：① 通过废弃物资源化制备低成本复合材料；② 构建自由基/非自由基协同降解网络；③ 磁响应特性便于回收利用。尽管实验室效果显著，未来需解决复杂废水基质中的长期稳定性问题。论文发表于《Journal of Contaminant Hydrology》，为工业废水治理提供了"以废治废"的新思路。