钙藻酸盐/三氧化钨纳米复合材料的可持续合成及其在染料去除中的环境应用研究

本研究针对工业废水中的有毒染料甲基紫(MV)污染问题，创新性地采用橙汁绿色合成WO3纳米颗粒，并构建钙藻酸盐(CaAlg)/WO3纳米复合材料。通过多尺度表征证实其优异吸附性能（85.85±4.75 mg/g），遵循Freundlich多层吸附模型，且可重复使用4次保持89%效率，为废水处理提供了经济环保的解决方案。

　　

随着纺织、化妆品等工业的快速发展，合成染料对水体的污染已成为全球性环境挑战。甲基紫(MV)作为典型有毒染料，不仅难以降解，更可能引发呼吸系统疾病甚至癌症。传统水处理方法如膜过滤、高级氧化等存在成本高或二次污染等问题，而吸附法因其高效经济备受关注。金属氧化物纳米材料如三氧化钨(WO₃)虽具有优异吸附性能，但易团聚的缺陷限制了应用。为此，King Faisal University的研究团队创新性地将生物聚合物与纳米技术结合，开发出新型环境修复材料。

研究采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征技术，结合吸附动力学和热力学分析。通过橙汁介导的绿色合成法制备WO₃纳米颗粒，再与海藻酸钠交联形成CaAlg/WO₃-1纳米复合材料。

【材料与方法】
使用橙汁作为还原剂和稳定剂合成WO₃纳米颗粒，通过钙离子交联将其固定于藻酸盐基质。采用pH_zpc测定、扫描电镜(SEM)等技术系统表征材料特性。

【吸附机制】
研究表明MV主要通过静电吸引、氢键和π-π堆积作用吸附在复合材料表面。WO₃纳米颗粒的掺入显著提升了藻酸盐基质的比表面积和活性位点。

【吸附等温线】
Freundlich模型(R²=0.98)优于Langmuir模型，证实MV在异质表面发生多层吸附。最大吸附量达85.85 mg/g，显著高于纯藻酸盐材料。

【动力学分析】
伪二级动力学模型更好描述吸附过程，表明化学吸附占主导。快速吸附阶段(30分钟内完成70%)使其具备实际应用优势。

【热力学研究】
ΔG°为负值(-12.34 kJ/mol)证实过程自发，ΔH°(28.67 kJ/mol)显示吸热特性，ΔS°(0.143 kJ/mol·K)表明固液界面无序度增加。

【再生性能】
经4次0.1M NaOH再生后，吸附效率仍保持89%，SEM和FTIR证实材料结构稳定性。

该研究通过绿色合成策略成功开发出高效、可再生的CaAlg/WO₃-1纳米复合材料，其创新性体现在：1) 利用食品级橙汁替代传统化学还原剂；2) 通过生物聚合物基质解决纳米颗粒团聚问题；3) 实现85.85 mg/g的高吸附容量。研究不仅为MV染料去除提供了新方案，更推动了可持续纳米材料在环境修复中的应用。发表于《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》的这项成果，为工业废水处理技术的绿色化发展提供了重要参考。