传统发酵埃塞俄比亚蜂蜜酒(Tej)残渣作为新型生物吸附剂高效去除水体重金属：吸附动力学与热力学机制研究

本研究针对工业废水重金属污染治理难题，创新性利用埃塞俄比亚传统蜂蜜酒(Tej)发酵残渣(HWR)开发低成本生物吸附剂。通过系统优化pH(4-5)、剂量(1 g)等参数，证实HWR对Pb(II)(17.24 mg g-1)、Cd(II)(16.13 mg g-1)等重金属具有优异吸附性能，符合Langmuir模型和伪二级动力学，为发展中国家废水处理提供可持续解决方案。

　　

在工业化进程加速的今天，重金属污染已成为威胁生态系统和人类健康的"隐形杀手"。世界卫生组织(WHO)将Cd(II)、Pb(II)等列为最具危害性的重金属，它们通过采矿、电镀等行业废水进入环境，具有生物累积性和不可降解性。传统处理方法如化学沉淀法在低浓度(<50 mg L^--1)时效率低下，而活性炭吸附和离子交换技术成本高昂。面对这一全球性挑战，埃塞俄比亚的研究团队另辟蹊径，将目光投向当地传统蜂蜜酒(Tej)的发酵残渣——这种富含有机功能基团的农业废弃物，在Dire Dawa地区的家庭作坊中每年产生大量剩余。

Haramaya大学化学研究实验室的研究人员开展了一项开创性工作，他们发现经过简单酸处理的蜂蜜酒残渣(HWR)对Pb(II)、Cd(II)、Cu(II)和Zn(II)展现出惊人的吸附能力。通过FT-IR表征确认其表面存在羟基(-OH)、羧基(-COOH)等活性基团，在pH 4-5条件下，1 g剂量HWR对Pb(II)的去除率高达95.4%，最大吸附容量达17.241 mg g^-1，性能优于许多商业吸附剂。这项突破性成果发表在《Scientific African》期刊，为发展中国家提供了一种"变废为宝"的治污新思路。

研究团队采用多尺度技术手段：通过批次吸附实验优化操作参数；利用FT-IR分析官能团变化；基于Langmuir和Freundlich模型拟合吸附等温线；采用伪一级/二级动力学模型解析吸附机制；通过热力学参数(ΔG°、ΔH°)判定反应自发性。所有实验均在单金属体系(SMS)中进行，使用FAAS(火焰原子吸收光谱)定量分析金属浓度。

【材料与方法】
实验选用Dire Dawa地区Tej酿造作坊的残渣，经蒸馏水清洗、40°C烘干后，分别用0.1 M HNO₃和NaOH改性处理。通过控制pH(2-9)、接触时间(30-720 min)、温度(25-60°C)等变量，系统考察其对Cd(II)、Pb(II)等金属的去除效率。

【结果与讨论】
FT-IR分析显示HWR在3450 cm^-1(O-H/N-H)、1726 cm^-1(C=O)等波数存在特征峰，金属吸附后出现峰位移，证实羧基和羟基参与配位。酸处理使HWR对Pb(II)吸附量提升至95.33%，因HNO₃能溶解表面杂质并暴露更多结合位点。

【吸附动力学】
伪二级动力学模型(R²>0.99)优于伪一级模型，表明化学吸附是限速步骤。Pb(II)的速率常数k₂达0.117 g mg^-1 min^-1，理论吸附容量(4.831 mg g^-1)与实验值(4.771 mg g^-1)高度吻合。

【热力学研究】
ΔG°负值(-7.627至-8.658 kJ mol^-1)证实过程自发，ΔH°正值(1.242-5.082 kJ mol^-1)显示为吸热反应。温度升至60°C时，Pb(II)吸附量增长14%，归因于金属离子水合壳破裂和吸附剂溶胀效应。

这项研究首次证实Tej残渣可作为高效生物吸附剂，其Pb(II)吸附容量(17.241 mg g^-1)显著高于香蕉皮(2.18 mg g^-1)等传统材料。团队创新性地利用发酵副产物解决环境污染问题，既降低了处理成本（无需复杂改性），又实现了废弃物资源化。该技术特别适合非洲等发展中地区推广应用，为联合国可持续发展目标(SDGs)中"清洁饮水和卫生设施"目标的实现提供了本土化解决方案。未来研究可进一步探索HWR在实际废水多金属共存体系中的选择性吸附机制。