聚乙烯亚胺功能化磁性硅纳米复合材料的简易合成及其对六价钼离子的高效快速去除与回收

为解决工业废水中六价钼离子（Mo(VI)）污染与资源回收难题，研究人员开发了一种新型聚乙烯亚胺（PEI）功能化磁性硅（PEI@SiO2@Fe3O4）纳米复合材料。该材料通过温和条件（60°C，1小时）合成，展现出409.8 mg/g的高吸附容量、45分钟快速平衡及7次循环后仅7%的容量损失，并成功应用于实际废水处理。研究为重金属污染治理与稀有金属回收提供了高效、低成本解决方案。

　　

钼（Mo）作为稀有金属，在合金、化工、医药等领域不可或缺，但其工业排放的六价钼离子（Mo(VI)）对生态环境和人体健康构成严重威胁。长期接触可导致肝肾损伤甚至死亡，而自然水体中钼浓度通常不足10 μg/L。更棘手的是，钼资源日益枯竭，亟需从废水中高效回收。现有吸附法虽能去除钼，但普遍存在容量低、速度慢或操作复杂等问题。

针对这一挑战，广东某研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表研究，开发出聚乙烯亚胺（PEI）功能化磁性硅纳米复合材料（PEI@SiO₂@Fe₃O₄）。该材料通过简易工艺（60°C反应1小时）合成，核心创新在于将PEI的丰富氨基与磁性Fe₃O₄的快速分离特性结合，SiO₂中间层则保护磁核免受酸性腐蚀。研究证实其吸附容量达409.8 mg/g（298K），45分钟即可平衡，且能用Na₃PO₄溶液在2分钟内完全脱附，7次循环后性能仅衰减7%，实际废水处理效果优异。

关键技术包括：1）共沉淀法制备Fe₃O₄磁核；2）溶胶-凝胶法包覆SiO₂；3）PEI表面功能化；4）通过FT-IR、SEM、BET等技术表征材料；5）采用Langmuir模型和伪二级动力学分析吸附机制。

材料制备与表征
优化合成条件发现，PEI与SiO₂@Fe₃O₄质量比为1时吸附最佳（图1a）。SEM显示材料为30 nm均匀颗粒，FT-IR证实PEI成功接枝，BET显示其多孔结构有利于吸附。

吸附性能研究
pH 3.0时吸附最佳，409.8 mg/g的容量远超同类材料（如磁性铬铁氧体的26.8 mg/g）。Langmuir模型和伪二级动力学表明吸附为单层化学吸附，热力学证实其为自发吸热过程。

机制与应用
吸附机制涉及氨基与Mo(VI)的配位键及静电作用。实际废水处理中，该材料对钼的去除率超90%，且磁性分离使操作简便。

该研究不仅为重金属治理提供新材料，更开创了“污染治理-资源回收”双赢模式。PEI@SiO₂@Fe₃O₄的快速、高效、可再生特性，使其在工业废水处理中具有广阔应用前景，同时为其他稀有金属回收技术开发提供新思路。