天然黏土混合物(KM-IQ)对水中重金属(Cu(II)、Co(II)、Zn(II))的吸附特性及RSM工艺优化研究

针对工业废水中Cu2+ 、Co2+ 、Zn2+ 污染难题，研究人员开发了由高岭石、蒙脱石等组成的天然黏土混合物(KM-IQ)。通过XRD、FTIR、SEM-EDS等表征证实其多孔结构，吸附实验显示其对Zn(II)最大吸附量达131.66 mg/g，RSM优化模型预测精度R2>0.93，为低成本重金属治理提供新方案。

　　

随着工业发展，含有铜(Cu)、钴(Co)、锌(Zn)等重金属的废水排放问题日益严峻。这些金属离子即使在微量浓度下也会通过食物链富集，引发神经毒性、肝肾损伤等健康风险。传统处理方法如化学沉淀会产生污泥二次污染，而膜分离技术成本高昂。天然黏土因其丰富的孔隙结构和表面活性位点，被视为理想的环保吸附材料，但单一黏土矿物往往存在选择性差、再生困难等缺陷。

针对这一挑战，来自摩洛哥的研究团队在《Journal of Molecular Structure》发表论文，首次系统研究了由高岭石(kaolinite)、蒙脱石(montmorillonite)、伊利石(illite)、绿泥石(chlorite)和石英(quartz)组成的天然混合黏土KM-IQ对多金属离子的协同吸附机制。研究发现该材料对Zn²⁺
的吸附容量高达131.66 mg/g，并通过响应面法(RSM)建立了工艺优化模型，为实际废水处理提供了可重复使用的低成本解决方案。

研究采用多尺度表征技术：通过X射线衍射(XRD)确认矿物晶相组成，傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测到羟基(-OH)和硅氧烷(Si-O-Si)等关键吸附位点，扫描电镜-能谱联用(SEM-EDS)观察到金属离子在层状结构表面的特异性分布。吸附实验采用批次法，结合伪二级动力学模型和Langmuir等温线分析吸附机制。

Preparation and characterization of the adsorbent
原料取自陶瓷厂红黏土，经80℃干燥保留晶体结构。XRF分析显示SiO₂
/Al₂
O₃
质量比1.80，游离石英含量显著；Fe₂
O₃
（4.67%）的存在增强了表面氧化还原活性。

Characterization of natural clay blends
FTIR在3620 cm^-1
处出现特征峰证实绿泥石中Mg-OH振动，该基团对Co²⁺
具有特异性螯合作用。SEM显示黏土片层间存在2-50 nm介孔，为金属离子扩散提供通道。

Conclusion
吸附能力排序为Zn²⁺

Co²⁺
Cu²⁺
，归因于离子水合半径差异。5次再生循环后效率仅下降12%，0.1 mol/L HNO₃
解吸率超90%。RSM模型确定最佳pH为5.2，此时金属-羟基络合物形成率达峰值。

该研究的创新性在于：首次阐明绿泥石中Mg-OH对二价金属的选择性捕获机制；开发出未改性天然混合黏土的工业化应用方案；建立的RSM模型可推广至其他多组分废水体系。这项工作为发展中国家应对重金属污染提供了兼具经济效益与环境可持续性的技术路径。