NaOH改性磁性Fe3O4@C核壳复合材料表面官能团演化增强Cu2+吸附性能研究

针对饮用水铜污染问题，研究人员通过NaOH改性制备羟基功能化磁性Fe3O4@C-NaOH核壳复合材料，实现宽pH范围内95.58%的Cu2+去除率，吸附量较未改性材料提升80%。该材料兼具超顺磁性（10.17 emu g-1）和可循环性，其性能提升源于碱处理诱导的表面-COO?/-OH官能团演化，为重金属污染治理提供新策略。

　　

【研究背景】
铜管在现代家庭供水系统中的广泛应用带来了意想不到的"蓝水"问题——管道腐蚀导致饮用水中铜离子(Cu²⁺)超标。澳大利亚水务公司、日本铜中心和美国铜发展协会的调查显示，部分自来水铜含量超过3 mg·L^-1的安全限值。过量摄入铜离子会引发毒性反应，而现有去除技术如漆酶固定化、纳滤等存在成本高、操作复杂等缺陷。磁性吸附材料因其易分离、低毒性和高稳定性被视为理想解决方案，但传统Fe₃O₄对Cu²⁺的吸附效率极低。

【研究方法】
云南大学等机构研究人员采用水热法合成葡萄糖碳包覆的Fe₃O₄@C，经NaOH表面改性获得Fe₃O₄@C-NaOH。通过TEM(透射电镜)、XRD(X射线衍射)、FT-IR(傅里叶变换红外光谱)等表征材料结构，结合BET-BJH(比表面积分析)、VSM(振动样品磁强计)评估物理性能。吸附实验考察pH、剂量等因素影响，采用Freundlich等温线和准二级动力学模型分析吸附机制。

【研究结果】

1. 材料表征：TEM显示核壳结构成功构建，XPS证实NaOH处理使表面-CHO转化为-COO?/-OH；VSM测得饱和磁化强度10.17 emu g^-1，具备超顺磁性。
2. 吸附性能：40 mg Fe₃O₄@C-NaOH对5 mg·L^-1 Cu²⁺去除率达95.58%，较未改性材料提升80%。吸附数据符合Freundlich模型(R²>0.98)，表明多分子层吸附占主导。
3. 机制解析：FT-IR证实C=O/C-O键增加，XPS显示Cu²⁺主要与-COO?配位，碱处理诱导的官能团演化是性能提升关键。

【结论与意义】
该研究创新性地通过NaOH表面改性策略，将Fe₃O₄@C的Cu²⁺吸附能力提升85%，解决了传统磁性材料吸附效率低的瓶颈问题。材料兼具快速分离（<30 s）和5次循环稳定性，避免了二次污染。其核心发现——表面官能团从-CHO到-COO?/-OH的转化机制，为设计高性能重金属吸附剂提供了新思路。这项发表于《Process Safety and Environmental Protection》的成果，为家庭饮用水安全提供了经济高效的解决方案，具有显著的环境和社会效益。