磁性超细牛毛粉的绿色制备及其对酸性染料的高效吸附机制研究

针对皮革工业牛毛废弃物堆积及染料废水污染问题，研究人员通过机械球磨和原位生成Fe3O4技术，开发出磁性牛毛粉吸附剂（MUCP）。该材料在pH=2时对酸性染料去除率达93.1%，最大吸附容量达699.30 mg·g-1，符合伪二级动力学和Langmuir模型，兼具超顺磁性和可回收性，为生物基磁性吸附剂在废水处理中的应用提供新思路。

　　

随着皮革工业的快速发展，每年产生约140万吨牛毛废弃物（CHW），其堆积不仅造成资源浪费，更因富含角蛋白导致废水COD、BOD升高。与此同时，印染废水中的酸性染料具有高毒性、难降解特性，传统处理方法存在成本高或二次污染等问题。如何将废弃生物质转化为高效吸附剂，成为环境与材料科学交叉领域的研究热点。

为解决这一难题，来自海宁金麟新材料科技有限公司和深圳方润环境科技有限公司合作团队在《Biochemical Engineering Journal》发表研究，通过机械球磨将CHW加工成超细牛毛粉（UCP），并采用FeSO₄·7H₂O/FeCl₃·6H₂O原位生成Fe₃O₄的策略，成功制备磁性牛毛粉吸附剂（MUCP）。研究通过SEM、VSM（振动样品磁强计）、FT-IR（傅里叶变换红外光谱）等技术表征材料特性，系统考察pH、温度等因素对酸性染料Trupoxune Brown R6的吸附性能，最终实现699.30 mg·g^-1的超高吸附容量，且材料可通过外磁场快速分离回收。

关键技术方法包括：1）球磨法制备UCP以增加比表面积；2）共沉淀法原位生成Fe₃O₄实现磁功能化；3）采用SEM观察材料形貌；4）通过VSM验证超顺磁性（饱和磁化强度45.8 emu·g^-1）；5）结合FT-IR和XRD（X射线衍射）分析官能团变化。

【SEM分析】
电镜显示MUCP-8表面成功负载纳米级Fe₃O₄颗粒，粗糙度增加使吸附位点暴露更充分。

【吸附性能】
在pH=2时染料去除率达93.1%，吸附过程符合伪二级动力学模型（R²>0.99），表明以化学吸附为主。Langmuir模型拟合说明单分子层吸附占主导，理论最大吸附量接近实验值。

【机理探讨】
质子化氨基（-NH₃⁺）与染料阴离子的静电吸引、氢键及孔隙填充是三大吸附机制。TGA（热重分析）证实MUCP-8热稳定性优于原始UCP。

【结论与意义】
该研究开创性地将皮革废弃物转化为磁性生物吸附剂，其创新性体现在：1）通过Fe₃O₄负载解决传统粉末吸附剂分离难题；2）吸附容量（699.30 mg·g^-1）显著高于多数报道的生物吸附剂；3）为CHW高值化利用提供"以废治污"新范式。Jie Liu团队的工作不仅推动皮革工业绿色转型，更为发展低成本、可回收的染料废水处理技术奠定基础。