低成本埃洛石-粉煤灰复合材料高效去除水体中药物、染料及表面活性剂污染物的研究

针对水体中日益严重的药物、染料和表面活性剂复合污染问题，研究人员开发了20:80配比的埃洛石(HAL)-粉煤灰(FA)复合材料HF 20:80。通过XRD、XPS、FTIR等表征手段证实该材料通过静电作用、氢键和π-π相互作用等机制，对RBBR、RB染料和SDBS表面活性剂分别实现93%、18%和100%的去除率，且能有效固定IB、STX等药物分子。这项研究为开发低成本废水处理材料提供了新思路。

　　

随着工业化和城市化的快速发展，水体中药物、染料和表面活性剂等有机污染物的排放已成为全球性环境问题。这些污染物具有化学结构复杂、难降解等特点，传统污水处理厂往往难以有效去除。特别是抗生素类药物如磺胺甲恶唑(STX)的排放还可能诱发病原体耐药性，而某些染料的毒性效应可持续数年。面对这一严峻挑战，开发高效、低成本的吸附材料成为环境科学领域的研究热点。

针对这一需求，来自波兰的研究团队创新性地将两种廉价材料——埃洛石(HAL)和粉煤灰(FA)进行复合，开发出具有多重吸附机制的复合材料。HAL是一种具有独特管状结构的铝硅酸盐黏土矿物，具有高比表面积和阳离子交换能力；FA则是燃煤电厂的固体废弃物，含有丰富的多孔未燃尽碳颗粒。研究人员通过机械混合制备了不同比例的复合材料，重点研究了HF 20:80（20%HAL+80%FA）的性能。

研究采用了多种先进表征技术：通过X射线衍射(XRD)分析材料晶体结构，傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)揭示吸附机制，氮气吸附/脱附测定材料比表面积和孔径分布，电位滴定法测定零电荷点(pH_ZPC)。吸附实验考察了pH值、初始浓度等因素的影响，并进行了实际污水处理厂(MWTP)废水的处理测试。

研究结果显示，HF 20:80复合材料展现出优异的吸附性能。在单一污染物体系中，对染料RBBR和RB的吸附容量分别超过20 mg/g和4 mg/g，对药物IB和STX的吸附容量分别达到0.9 mg/g和0.3 mg/g，对表面活性剂SDBS的吸附容量高达8.5 mg/g。材料表征表明，FA中的多孔碳颗粒通过π-π相互作用和疏水效应吸附有机物，而HAL则通过静电作用和氢键增强吸附。pH影响研究表明，弱酸性条件(pH 5-7)有利于RBBR、RB和STX的吸附，而碱性条件(pH>9)则促进IB的吸附。

在实际废水处理测试中，HF 20:80表现出良好的应用潜力。在10 g/L的投加量下，对RBBR的去除率达到100%，对RB、IB、STX和SDBS的去除率分别为59%、40%、4%和82%。尽管废水中无机/有机分子的竞争效应会影响吸附效率，但SDBS仍能被完全去除。浸出实验证实，复合材料不会造成二次污染，其中HAL组分能有效固定FA中可能溶出的有害元素。

这项研究的创新之处在于首次将HAL与高含量未燃尽碳颗粒的FA复合，开发出能同时去除多种有机污染物的低成本吸附剂。材料充分利用了工业废弃物，符合循环经济理念。相比活性炭等传统吸附剂，该复合材料成本更低（FA为免费原料，HAL约0.6美元/公斤），且制备过程碳足迹更小。研究结果为开发新型水处理技术提供了重要参考，尤其适用于处理含有复杂有机污染物的工业废水。相关成果发表在《Journal of Environmental Management》上，为环境功能材料的开发和应用开辟了新途径。