碳毡厚度与纤维解束对染料吸附的影响机制：外表面效应的关键作用

本研究针对水体污染物去除需求，通过硝酸氧化改性两种厚度（2?mm/3?mm）的活性炭（AC）毡材料（BET比表面积～1850?m2 /g），探究其对结晶紫（CV）染料的吸附效能。研究发现氧化后材料BET降至～550?m2 /g，但薄型毡（10分钟吸附率70%）及解束纤维（吸附率95%）表现更优，证实外表面面积是动力学关键。成果为高效吸附材料设计提供新思路。

　　

随着工业废水排放加剧，染料污染已成为全球水环境治理的严峻挑战。结晶紫（CV）等三苯甲烷类染料具有高毒性和难降解特性，传统处理方法效率有限。活性炭（AC）吸附虽被广泛应用，但其吸附效率受材料物理结构影响机制尚不明确，特别是纤维组装形态与厚度对表面可利用性的影响缺乏系统研究。这一科学盲区直接制约了高性能吸附材料的定向设计。

南京工业大学的研究团队在《Sustainable Chemistry for the Environment》发表论文，选取两种厚度（2?mm和3?mm）但具有相近BET比表面积（～1850?m²
/g）的AC毡材料，通过浓硝酸氧化改性后，系统比较了原始毡体与解束纤维对CV染料的吸附性能差异。研究采用BET比表面积分析、孔隙结构测定、批量吸附实验等技术手段，结合海水和地下水模拟体系，揭示了材料外表面可及性对吸附动力学的决定性作用。

氧化处理对材料结构的影响
硝酸氧化使两种AC毡的BET比表面积均下降至～550?m²
/g，孔隙体积减少但平均孔径略微增大。这种结构变化为后续吸附性能差异提供了物质基础。

厚度效应与纤维解束的突破性发现
动力学实验显示，原始2?mm毡体10分钟CV去除率达70%，显著优于3?mm毡体（20%）。而解束纤维性能出现飞跃：薄毡纤维吸附率提升至95%，厚毡纤维达45%，直接证明纤维束解离暴露的外表面是快速吸附的关键位点。

环境适用性与机制解析
在海水和地下水体系中，解束纤维仍保持优异性能。热力学分析表明吸附过程符合自发、吸热的熵驱动机制，准二级动力学模型拟合优度达0.99，提示化学吸附占主导地位。

该研究首次明确AC材料外表面可及性比总比表面积更能决定吸附动力学性能，颠覆了传统"以BET论英雄"的材料评价范式。通过简单的纤维解束工艺即可实现吸附效率倍增，为开发低成本、高效率的水处理材料提供了全新策略。尤其在海水等高离子强度环境中仍保持稳定性能的特点，使其在海洋污染治理领域具有突出应用价值。研究提出的"外表面优先"设计原则，对多孔材料在环境修复、药物载体等领域的应用具有普适指导意义。