阴离子表面活性剂改性高岭土对汞吸附的协同增强机制研究

本研究针对工业废水中汞污染治理难题，创新性地采用阴离子表面活性剂（SLS/SDBS）改性高岭土（K），通过XRD、FTIR等多维表征证实改性后比表面积提升达38.3%（K-SLS），吸附实验显示K-SLS对Hg(II)的吸附量最优（17.77 mg·g?1），为低成本水处理材料开发提供新策略。

　　

汞污染是当前全球面临的重金属治理难题。这种液态金属因其独特的导电性和挥发性被广泛应用于工业领域，但进入环境后会通过食物链富集，引发神经损伤、癌症等严重健康问题。世界卫生组织（WHO）设定的废水汞含量上限仅为10 μg/L，但传统处理方法如化学沉淀法成本高昂，反渗透技术又面临能耗瓶颈。在此背景下，天然黏土矿物高岭土因其储量丰富、价格低廉成为研究热点，但原始吸附性能有限。

为突破这一技术瓶颈，来自阿尔及利亚Guelma地区的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表创新成果。该研究首次将两种阴离子表面活性剂——十二烷基硫酸钠（SLS）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）协同应用于高岭土改性，通过复合修饰策略提升汞吸附效能。研究采用多尺度表征技术，包括X射线衍射（XRD）分析晶体结构变化、傅里叶变换红外光谱（FTIR）追踪官能团演变、Brunauer-Emmett-Teller（BET）法测定比表面积，并结合热重分析（TG/DTA）评估材料热稳定性。

材料表征
XRD图谱在K-SLS样品中检测到21.00°和42.58°的新衍射峰，K-SDBS则在8.85°出现特征峰，证实表面活性剂成功插层。BET数据显示改性后比表面积增幅显著：K-SLS（38.3%）、K-SDBS（31.9%）、混合改性K-M（17.5%）。FTIR光谱中-OH伸缩振动峰强度变化，提示表面活性剂通过氢键作用锚定在黏土层间。

吸附性能
在汞吸附实验中，单一改性材料表现优于混合体系。K-SLS的饱和吸附量达17.77 mg·g^?1，较K-SDBS（15.77 mg·g^?1）提升12.7%。动力学分析表明吸附过程符合伪二级模型，说明化学吸附占主导。等温线拟合显示Langmuir模型相关性最佳（R²>0.98），证实单分子层吸附机制。

机理探讨
研究人员提出三重作用机制：1）表面活性剂磺酸基团与Hg²⁺的静电吸引；2）改性后疏水链形成的微域增强重金属富集；3）层间距扩大提供的扩散通道。热力学参数ΔG°为负值（-28.5至-34.2 kJ·mol^?1），证实反应自发进行。

该研究证实阴离子表面活性剂改性可显著提升高岭土环境修复性能，其中SLS单修饰方案最具应用潜力。相比碳纳米管等昂贵材料，这种改性黏土成本降低约80%，且避免二次污染风险。德国学者Aleksei Obrosov在合作评论中指出，该技术对处理含汞电子废水具有特殊优势。沙特阿拉伯Imam Mohammad Ibn Saud伊斯兰大学的资金支持将推动该技术向工业化过渡，为发展中国家水处理提供可行方案。