基于胺化多壁碳纳米管负载绿色合成零价铁纳米复合材料的纺织废水有毒染料高效去除性能研究

本研究针对纺织工业废水中有毒染料污染问题，开发了胺化多壁碳纳米管(AM-MWCNTs)负载生物合成零价铁纳米颗粒(ZVI)的新型复合材料(AM-MWCNTs@ZVI)。通过FTIR、XRD、BET等技术表征证实该材料具有1050.4 m2 /g的高比表面积和丰富官能团。实验表明其对刚果红(CR)和亚甲基蓝(MB)的最大吸附量分别达450 mg/g和422 mg/g，经6次循环后仍保持88%和85%的去除效率。该研究为工业废水处理提供了高效可回收的吸附材料解决方案。

　　

纺织工业排放的废水含有大量有毒有机染料，严重威胁水生态系统和人类健康。据统计，全球每年产生超过70万吨商业染料，其中约20%直接排入水体。这些染料不仅降低水体透明度，还会干扰光合作用等关键生化过程，导致溶解氧减少和水生生物死亡。更令人担忧的是，染料污染物具有持久性和生物累积性，可能引发癌症、肾衰竭、免疫系统紊乱等严重健康问题。在众多染料中，刚果红(CR)和亚甲基蓝(MB)因其高生态风险备受关注，亟需开发高效去除技术。

针对这一环境挑战，来自国内某高校的研究团队创新性地将生物合成的零价铁纳米颗粒(ZVI)与胺化多壁碳纳米管(AM-MWCNTs)复合，制备出AM-MWCNTs@ZVI纳米吸附材料，相关成果发表在《Water Resources and Industry》期刊。研究人员采用FTIR、XRD、BET、HRSEM和HRTEM等技术对材料进行系统表征，通过批量吸附实验考察了pH值、接触时间、吸附剂用量和温度等参数对CR和MB去除效果的影响，并采用多种等温线和动力学模型分析吸附机制。

关键技术方法包括：1) 使用腰果叶提取物绿色合成ZVI；2) 通过化学气相沉积法制备MWCNTs并进行胺化改性；3) 采用超声辅助法构建AM-MWCNTs@ZVI复合材料；4) 利用风险评价代码(RAC)筛选高生态风险染料；5) 建立批量吸附实验体系评估材料性能。

研究结果部分：

3.1 材料表征
FTIR分析证实AM-MWCNTs@ZVI成功保留了胺基(-NH₂
)和铁氧(Fe-O)特征官能团。XRD显示ZVI呈立方晶系结构，AM-MWCNTs@ZVI复合材料同时具备碳纳米管和Fe₃
O₄
的特征衍射峰。BET测试表明复合材料的比表面积达1050.4 m²
/g，显著高于单一组分。HRSEM和HRTEM观察显示ZVI纳米颗粒(30-50 nm)均匀分布在胺化碳管表面，形成多孔网络结构。

3.2 吸附性能
生态风险评估确定CR和MB在纺织废水中的风险等级最高。批量实验表明，AM-MWCNTs@ZVI对CR和MB的最佳吸附pH分别为4和8，平衡时间为60分钟。在40°C、吸附剂用量40 mg/L条件下，对CR和MB的最大吸附容量分别达到450 mg/g和422 mg/g，显著优于单一组分材料。动力学分析符合准二级模型，表明吸附过程以化学吸附为主。等温线研究表明Temkin模型能最好地描述吸附行为，说明存在多种相互作用机制。

3.3 再生性能
经过6次吸附-脱附循环后，AM-MWCNTs@ZVI对CR和MB的去除率仍保持在88%和85%以上，显示出优异的可再生性能。

这项研究通过巧妙结合生物合成纳米技术和碳材料改性，开发出具有超高吸附性能的AM-MWCNTs@ZVI复合材料。其创新点主要体现在：1) 采用绿色方法合成ZVI，避免传统化学还原法的环境污染；2) 通过胺化改性增强碳纳米管与ZVI的界面结合；3) 复合材料兼具高比表面积和丰富官能团，实现协同吸附。该材料在处理纺织废水方面展现出巨大应用潜力，为工业水污染治理提供了新思路。研究结果不仅对环境保护具有重要意义，也为纳米材料在水处理领域的应用拓展了方向。未来研究可进一步探索该材料在实际工业废水中的表现，以及规模化生产的可行性。