壳聚糖包覆浮石复合吸附剂同步去除废水中有机染料与重金属离子的性能及机制研究

针对工业废水中重金属(Pb(II)、Cd(II))和有机染料(MB、CR)同步去除难题，研究人员开发了壳聚糖/浮石(CS/PM)复合吸附剂。该材料通过化学键合与静电作用实现污染物高效吸附，最大吸附容量达150.60 mg/g(Pb(II))和135.20 mg/g(MB)，且在竞争性体系中保持优异性能，为多污染物废水处理提供了经济环保的解决方案。

　　

随着工业快速发展，含有重金属和合成染料的复合污染废水已成为全球水环境治理的严峻挑战。铅(Pb(II))和镉(Cd(II))等重金属无法自然降解，而亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)等染料具有持久毒性，传统处理方法难以同步去除这些性质迥异的污染物。尽管吸附法因操作简便、成本低廉被广泛研究，但现有吸附材料如活性炭性能不稳定，金属有机框架(MOFs)易水解，亟需开发新型多功能吸附剂。

研究人员创新性地将天然生物聚合物壳聚糖(CS)与多孔火山岩浮石(PM)复合，制备出CS/PM球形吸附剂。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)证实材料具有粗糙表面和降低的结晶度，比表面积从2.39 m²/g提升至26.57 m²/g。傅里叶变换红外光谱(FTIR)显示材料富含氨基(-NH₂)和羟基(-OH)等活性基团，zeta电位测试表明其在pH=6.2时达到零电荷点，为理解吸附机制奠定基础。

3.1 材料表征
SEM显示CS/PM表面粗糙度显著增加，EDX证实其含19.33%碳和35.51%硅。XRD分析发现复合后20.3°特征峰强度降低53%，表明PM的加入增强了氢键作用。FTIR证实-NH₂基团(1 640 cm^-1)在吸附后消失，证实其参与污染物键合。

3.2 污染物吸附性能
在pH=6时，CS/PM对Pb(II)、Cd(II)、MB和CR的吸附容量分别达150.00、123.14、135.00和120.33 mg/g。竞争吸附实验显示四元体系中吸附效率仍保持63.7%(Pb(II))和47.0%(CR)。共存阴离子实验表明PO₄^3-和HCO₃^-对CR吸附抑制最显著(降幅达48.7%)，而对MB影响微弱。

3.3 吸附动力学与等温线
伪二级动力学模型(R²>0.99)拟合最佳，表明化学吸附主导过程。Langmuir模型显示单层吸附特征，计算得最大吸附容量与实验值误差<2%。热力学参数证实吸附为自发过程，Pb(II)的Langmuir常数K_L达6.868 L/mg，显示强亲和力。

3.5 再生性能
经5次0.1 mol/L NaOH再生后，CS/PM对Pb(II)和CR的吸附容量仍保留87.2%和78.6%，SEM证实材料结构保持完整。

这项发表于《Water Science and Engineering》的研究阐明了CS/PM通过静电吸引、离子交换和表面络合等多机制协同作用实现污染物高效去除。该材料在pH=6的广谱吸附性能、优异的再生稳定性(5次循环后效率>78%)及对实际废水的适应能力，为开发低成本、环境友好的水处理技术提供了新思路。特别是其对Pb(II)的选择性吸附能力(150.60 mg/g)和同步处理多污染物的特性，在电子、印染等复杂工业废水治理中具有重要应用前景。研究通过系统的表征与模型分析，为生物-矿物复合吸附剂的设计提供了理论依据和技术参考。