磁性铁基水合材料对刚果红的准均相吸附行为及其高效去除机制研究

针对刚果红(CR)染料废水处理难题，研究人员开发了一种铁基水合絮状材料，通过Fe2+与SO3?的静电-配位协同作用实现CR高效吸附，实验吸附容量达32,622 mg/g，较现有技术提升数十至数百倍。该材料可循环使用15次且去除率≥99%，为工业染料废水处理提供了经济环保的解决方案。

　　

刚果红(CR)作为典型的偶氮染料，其废水处理一直是环境领域的重大挑战。CR及其降解产物不仅危害水体生态，更可能诱发膀胱癌和基因突变。尽管现有技术如催化氧化、膜分离等能部分解决问题，但普遍存在成本高、二次污染或处理容量低等缺陷。尤其值得注意的是，传统铁基材料如Fe₃O₄因结构致密、活性位点不足，吸附性能往往不尽如人意。

针对这一瓶颈，国内研究人员通过铁盐与氨水的温和反应，成功制备出具有独特水合结构的磁性絮状材料。该材料展现出惊人的CR吸附能力——实验值达32,622 mg/g，较文献报道最高值提升16倍以上。研究证实，材料中Fe²⁺与水合结构的协同作用是性能突破的关键：Fe²⁺通过静电吸引与配位作用双重机制捕获CR分子中的SO₃^?基团，而开放的水合网络则为CR分子扩散提供了理想通道。相关成果发表在《Environmental Technology》上，为工业染料废水处理提供了新思路。

研究团队采用多尺度表征技术体系：通过FTIR和拉曼光谱证实SO₃^?/Fe²⁺相互作用机制；UV-Vis揭示Fe²⁺较Fe³⁺更强的配位能力；Zeta电位分析阐明表面电荷调控规律；结合UPS、XPS和EDS三维分析技术，首次揭示CR在材料中的"表面单层富集-体相准均相扩散"独特分布模式。动力学研究显示，低浓度下遵循伪二级动力学模型，高浓度时转为颗粒内扩散主导。

形态学分析显示，湿态絮状物呈5-80 μm半透明颗粒，干燥后结构坍塌导致吸附性能丧失。FTIR证实CR吸附后SO₃^?特征峰红移18 cm^?1，拉曼光谱则观察到芳香环13 cm^?1蓝移，证实强相互作用的存在。特别值得注意的是，AgCl沉淀实验证实每个CR分子可置换2个Cl^?，揭示出"离子交换-配位"的协同吸附机制。

深度表征数据更具启发性：UPS显示1 nm深度内CR密集分布，XPS测得2-5 nm深度Fe/S原子比达4.8，EDS则检测到体相中28 wt%的碳含量——这些证据共同支持"准均相"吸附模型。等温线拟合符合Langmuir模型，理论最大吸附量达45,553 mg/g，证实表面位点的均一性。材料在15次循环中保持99%去除率，铁溶出率仅0.2%，氨水解吸可实现89.3%的CR回收。

该研究突破性地揭示了水合结构对吸附性能的决定性影响：开放的网络结构使Fe²⁺活性位点高度可及，而准均相吸附行为确保CR分子能有效扩散至材料体相。相比传统干燥铁基材料，这种"以水固铁"的策略不仅大幅提升性能，更开辟了新型水合吸附剂设计方向。从应用角度看，材料原料廉价易得，处理后的出水TOC低至0.43 mg/L，且可实现染料的循环回用，兼具环境效益与经济价值。未来通过结构稳定性优化，这类材料有望成为工业废水处理的标杆技术。