生物质废弃物增强多孔黏土复合材料的制备及其高效污染物去除性能研究

为解决工业废水中有机污染物和重金属离子去除难题，中国研究人员开发了一种基于枫叶粉末与临泽凹凸棒石黏土(LZ)的新型多孔复合球体(PCS)。通过聚乙烯醇-甲醛交联工艺，所得材料孔隙率达46.31%，对亚甲基蓝(MB)、Pb2+ 等污染物的吸附容量达121.40 mg·g-1 ，循环6次后仍保持72.87%-97.86%的吸附效率。该研究为低成本高效废水处理吸附剂的开发提供了新思路。

　　

随着工业快速发展，含有重金属离子（如Pb²⁺
、Ni²⁺
）和有机污染物（如四环素、环丙沙星）的废水排放问题日益严峻。传统吸附材料如活性炭成本高昂，而天然黏土矿物虽储量丰富却存在易饱和、再生困难等缺陷。如何开发兼具高效吸附性能和可持续特性的材料，成为环境科学领域的重要挑战。

中国地质大学（北京）的研究团队创新性地将低品位临泽凹凸棒石黏土(LZ)与枫叶粉末(ML)结合，通过聚乙烯醇-甲醛(PVFM)交联工艺制备出多孔复合球体(PCS)。研究发现，当LZ与ML质量比为9:1时，材料展现出46.31%的孔隙率和218.40 N的机械强度，对MB、结晶紫、Pb²⁺
等污染物的吸附容量分别达到121.40、110.40和49.32 mg·g^-1
，显著优于无生物质添加的对照组(CS)。相关成果发表于《Applied Surface Science》。

研究采用的关键技术包括：1）多源生物质废弃物（枫叶、松针等）的筛选与表征；2）PVFM交联复合球体的可控合成；3）通过BET比表面积分析、压汞法等方法系统评估材料孔隙结构；4）结合动力学模型和等温吸附实验阐明吸附机制。

材料制备
通过优化PVFM交联工艺，将LZ与6种生物质（枫叶、松枝等）复合。枫叶粉末因富含纤维素和木质素，其复合材料展现出最优的孔径分布（2-50 nm）和机械性能。

生物质选择与性能优化
对比实验表明，添加10%枫叶的PCS孔隙率较CS提高32%，吸附位点利用率提升3倍。π-π堆叠作用使有机污染物吸附容量提升40%-60%。

结论
该研究开创性地利用生物质废弃物增强黏土矿物的吸附性能，所制备的PCS兼具高机械强度（218.40 N）和低流失率（2.09%）。循环实验证实材料可通过简单酸洗再生，六次循环后对Pb²⁺
的去除率仍保持97.86%。

讨论
Zepeng Zhang团队首次揭示了生物质有机组分与黏土矿物的协同作用机制：1）枫叶衍生的碳骨架构建三维孔道网络；2）表面含氧官能团增强重金属离子络合；3）芳香结构促进π-π堆叠吸附有机污染物。这种"废物增值+矿物改性"策略为开发新一代环境修复材料提供了范式。

研究意义
该工作不仅实现了低品位黏土矿物的高值化利用（材料成本降低60%），更建立了生物质-矿物复合材料的普适性制备方法。其技术路线简单、原料易得，在染料废水处理和重金属污染修复领域具有重要应用前景。