具有自发电极化特性的电气石矿物粉对水环境中弱极性玉米赤霉烯酮毒素的吸附机制研究

针对水环境中难去除的弱极性玉米赤霉烯酮（ZEN）毒素污染问题，研究人员利用具有自发电极化特性的电气石矿物粉开展吸附机制研究。结果表明，电气石粉对ZEN的最大理论吸附量达10.29 mg/g，其作用机制涉及氢键、电子供体-受体相互作用及静电吸引等。该研究为水环境弱极性污染物治理提供了绿色新策略。

　　

水环境污染问题日益严峻，其中由霉菌毒素引发的生态健康风险尤为突出。玉米赤霉烯酮（Zearalenone, ZEN）作为一种弱极性霉菌毒素，广泛存在于农作物和水体中，其稳定的化学结构导致传统吸附材料如蒙脱石、海泡石等天然粘土矿物对其去除效率低下。更令人担忧的是，即使极低浓度（5–35 ng/L）的ZEN长期暴露也可通过生物链累积，引发动物和人类内分泌紊乱、生殖系统损伤甚至癌症。面对这一环境治理难题，河北某研究机构团队独辟蹊径，将目光投向具有独特晶体结构的电气石矿物粉——这种含铁环硅酸盐矿物因其自发电极化特性，能产生高达6.23×10⁶ V/m的静电场，在重金属和染料吸附领域已有成功应用。

研究人员通过系统的批次吸附实验，结合X射线衍射（XRD）和核磁共振（¹⁷O NMR）等技术，首次揭示了电气石对ZEN的吸附增强机制。实验采用内蒙古产出的铁电气石（化学式NaFe₃Al₆(BO₃)₃(Si₆O₁₈)(OH)₄）作为吸附剂，通过调整pH值、测定吸附等温线和动力学曲线等关键实验，系统评估其吸附性能。

材料表征
XRD图谱显示制备的电气石粉主要含铁电气石（Schorl）相，伴有少量石英和绿泥石杂质。这种多相结构提供了丰富的表面活性位点。

吸附性能
在初始浓度5 mg/L条件下，电气石粉对ZEN的去除率接近100%，最大理论吸附容量达10.29 mg/g。吸附等温线符合Langmuir模型，表明为单分子层吸附；动力学分析显示化学吸附为主导机制，且主要发生在颗粒外表面。

作用机制
研究发现电气石通过四种途径协同作用：（1）表面羟基与ZEN形成氢键网络；（2）Fe³⁺与ZEN的酮基发生络合；（3）自发极化产生的静电场增强电子供体-受体相互作用；（4）电极化效应将溶液pH自发调节至6.05-10.38的最佳吸附区间。

极化增强效应
最引人注目的是电气石的自发电极化特性展现出三重耦合效应：使水分子¹⁷O NMR半峰宽从124 Hz降至64 Hz，显著提升水分子活性；产生的强静电场（6.23×10⁶ V/m）促进ZEN分子定向排列；同步实现的pH自调节功能避免了传统吸附剂需外加酸碱调节的弊端。

这项发表于《Environmental Research》的研究具有多重突破意义：首次阐明电气石对弱极性霉菌毒素的吸附增强机制，开发出无需化学改性的绿色吸附材料，为水环境中有机污染物治理提供了新思路。特别值得注意的是，电气石的自发电极化特性使其在实际应用中具备低能耗、可持续的优势，相较于需要外部能量输入的吸附技术更具推广价值。研究团队建议未来可探索电气石与其他功能材料的复合体系，以进一步提升对复杂水环境中微量污染物的协同去除效能。