有机酸盐活化法制备多孔碳片高效去除铊(I)：多尺度吸附机制与密度泛函理论计算研究

推荐：针对碳纳米管(CNTs)材料不可回收制约其环境应用的难题，研究人员通过球磨技术制备磁性CNTs复合材料(MCNTs)，系统研究了其对水中卡马西平(CBZ)的吸附性能。研究发现MCNT4-5在保持与原始CNT4相近吸附容量(177.80 mg/g)的同时，显著提升了再生性能(10次循环后去除率>86%)，并通过XPS和孔径分析揭示了球磨工艺暴露氧结构和调控微介孔分布的关键作用，为纳米材料在水处理领域的应用提供了经济可行的解决方案。

　　

随着全球医药和个人护理产品(PPCPs)使用量激增，卡马西平(CBZ)等难降解药物在水体中持续累积，传统污水处理厂对其去除率不足10%，对生态环境和人类健康构成潜在威胁。碳纳米管(CNTs)虽具有优异吸附性能，但不可回收的特性严重制约其实际应用。针对这一难题，国内研究人员创新性地采用球磨技术将纳米Fe₃O₄嵌入CNTs，成功制备出兼具高吸附性和磁分离功能的复合材料。

研究团队通过调控CNTs外径(4-8 nm的CNT4和8-15 nm的CNT8)与纳米Fe₃O₄的质量比，制备系列磁性CNTs(MCNTs)。采用X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、比表面积分析(BET)等技术表征材料特性，结合吸附动力学、等温线实验探究CBZ去除机制。X射线光电子能谱(XPS)分析显示球磨处理使材料表面氧结构增加，zeta电位测试表明pH_zpc从5.84降至4.62，显著增强了材料与CBZ的静电相互作用。

关键研究发现：球磨工艺使MCNT4-5的微介孔(0-10 nm)比例提升5.2倍至45.14%，吸附平衡时间缩短至30分钟；Langmuir模型显示其最大吸附容量达177.80 mg/g，与原始CNT4(174.62 mg/g)相当。FTIR和XPS证实π-π相互作用和表面络合是主要吸附机制。特别值得注意的是，磁性改性使材料可通过外加磁场30秒内快速分离，10次循环后CBZ去除率仍保持86%以上，解决了纳米材料回收难题。

这项发表于《Environmental Development》的研究，通过巧妙的机械化学方法实现了CNTs功能强化，不仅阐明了球磨工艺调控材料孔隙结构和表面特性的规律，更为开发高效、经济、可持续的水处理材料提供了新思路。研究证实球磨技术能同步解决纳米材料吸附性能保持与回收利用两大难题，对推动纳米材料在实际环境治理中的应用具有重要示范意义。