可持续生物质-黏土-ZnWO4复合材料用于水体苯二酚类污染物的高效去除：工艺优化与净化机制研究

本研究针对水体中持久性有毒酚类污染物（HYQ/RES/CAT）的去除难题，通过机械热法制备了植物蕉皮-高岭土-ZnWO4复合吸附剂（ZPP300-500），采用BWS动力学模型和RSM优化揭示了其快速吸附机制（半衰期0.12-25 min），在真实地下水体系中仍保持250 mg·g?1的RES吸附容量，甲醇解吸再生率达95%以上，为绿色水处理技术提供了新方案。

　　

随着工业废水排放加剧，苯二酚类污染物（包括邻苯二酚CAT、对苯二酚HYQ和间苯二酚RES）因其强毒性和致癌性成为全球水环境治理的难点。这类物质不仅会破坏水生生态系统，更会通过食物链在人体内蓄积，引发癌症等疾病。传统水处理技术面临吸附效率低、材料成本高、再生困难等瓶颈，亟需开发兼具高效性和可持续性的新型净化材料。

针对这一挑战，由尼日利亚救赎大学（Redeemer's University）和德国慕尼黑工业大学组成的国际团队，在《Journal of Water Process Engineering》发表了创新性研究成果。研究人员巧妙利用非洲常见的废弃蕉皮（Musa paradisiaca）和本地高岭土，通过机械热法合成了一系列锌钨酸盐（ZnWO₄）改性复合材料（ZPP₃₀₀、ZPP₄₀₀、ZPP₅₀₀），并系统考察了其对三类苯二酚的去除效能。

研究采用多尺度表征与建模技术：通过XRD和FT-IR确认材料中ZnWO₄/ZnO晶相与表面官能团；利用SEM观察300-500°C煅烧温度下的形貌演变；采用Brouers-Weron-Sotolongo（BWS）模型解析吸附动力学；结合Box-Behnken响应面法（RSM）优化pH、吸附剂投加量等参数；最后通过真实地下水验证实际应用效果。

【材料表征】
XRD显示复合材料成功保留了高岭石层状结构（2θ=12.5-26.6°），同时形成ZnWO₄特征峰（23.7-43.4°）。FT-IR谱图中775 cm^?1处的Zn-O-W振动峰证实了钨酸盐的成功掺杂。SEM图像揭示ZPP₃₀₀具有丰富的孔隙结构，而高温处理的ZPP₅₀₀呈现致密烧结形态。pH_PZC测试表明材料表面电荷可随pH调节（6.47-7.60），为吸附调控提供依据。

【吸附机制】
动力学研究表明BWS模型最能描述吸附过程（R²>0.92），揭示其异质表面特性。ZPP₃₀₀对RES的吸附容量最高达250 mg·g^?1，半衰期仅1.76分钟。等温线拟合发现BWS平衡模型最优，证实吸附主要通过氢键和π-π堆积作用实现，而非单纯静电吸引。

【工艺优化】
RSM分析确定最佳操作条件：pH=7时，300 mg吸附剂在3 mg/L电解质浓度下对2.75 mg/L HYQ的去除率达96.1%。值得注意的是，真实地下水测试中CAT去除稳定性显著优于HYQ/RES，说明材料对特定污染物具有选择性。

【再生应用】
20%甲醇-水溶液可实现五次循环再生，吸附效率仍保持80%以上。经济性评估显示，采用农业废弃物和天然黏土使材料成本降低60%，具备规模化应用潜力。

该研究通过"废弃物资源化+矿物改性"策略，构建了高效可持续的水处理新材料体系。其创新性体现在：首次将植物蕉皮与ZnWO₄协同整合到高岭土基质中；建立基于BWS模型的吸附动力学新解析方法；验证材料在复杂水体环境中的稳定性。这项工作不仅为酚类污染物治理提供了绿色解决方案，更为发展中国家开发低成本水处理技术提供了范式。未来研究可进一步探索材料在流动床反应器中的性能，并拓展其在制药废水等特定工业场景的应用。