三维花状结构AlPO4-15分子筛的层级组装及其对有毒氧阴离子的高效吸附机制研究

针对工业废水中Cr2O72?、AsO43?等有毒氧阴离子的污染问题，研究人员通过水热法合成具有层级结构的3D花状AlPO4-15材料。该材料通过薄片自组装形成纳米笼结构，对多种氧阴离子表现出快速吸附动力学和优异去除效率（Langmuir模型R2>0.99），为废水处理提供了可重复使用的吸附剂解决方案。

　　

随着工业化进程加速，含铬(Cr)、砷(As)、钼(Mo)等元素的化合物在电镀、采矿等行业广泛应用，其产生的Cr₂O₇^2?、AsO₂^?等氧阴离子因高毒性和致癌性对生态环境构成严重威胁。传统吸附材料存在活性位点不足、再生困难等问题，开发兼具高吸附容量和结构稳定性的新型材料成为环境治理领域的迫切需求。

针对这一挑战，印度政府ANRF基金资助下，加利亚大学（University of Kalyani）的Sunny Sarkar团队通过精确调控水热反应条件（温度、CTAB浓度等），成功合成具有独特3D花状结构的(NH₄)Al₂(OH)(H₂O)(PO₄)₂•H₂O（AlPO₄-15）分子筛。该材料通过薄片自组装形成层级结构，其比表面积达传统材料的3倍以上，对Cr₂O₇^2?等氧阴离子的吸附容量突破200 mg/g。相关成果发表于《Journal of Molecular Structure》，为工业废水处理提供了创新解决方案。

研究采用三大关键技术：1）水热合成法调控CTAB模板剂与TMAOH碱度制备层级材料；2）X射线光电子能谱（XPS）分析表面元素化学态变化；3）zeta电位测定揭示pH依赖的吸附机制。通过Langmuir模型证实其单分子层吸附特性（R²=0.998），Freundlich模型显示表面异质性（n>2）。

【INTRODUCTION】
研究指出氧阴离子的环境风险：二价铬Cr(VI)的LD₅₀仅为50 mg/kg，砷酸盐AsO₄^3?可导致皮肤癌变。传统活性炭吸附存在选择性差、需频繁再生等缺陷。

【Synthesis】
关键发现：140℃水热反应24小时可获得最优形貌，CTAB浓度0.1M时薄片厚度<10 nm，TEM显示其呈放射状花瓣排列，形成2-5μm的微米花。

【Conclusion】
层级结构的三大优势：1）纳米笼提供限域吸附位点；2）开放孔道加速传质；3）表面羟基与氧阴离子发生配体交换。XPS证实Cr₂O₇^2?吸附后Cr2p峰向低能级偏移1.2eV，表明部分还原为低毒Cr(III)。

该研究突破性在于将分子筛的结构可调性与层级材料的高活性相结合，5次吸附-脱附循环后效率仍保持92%。ANRF评审专家认为，这项技术对实现联合国SDG6清洁水目标具有重要实践价值，尤其适用于电镀厂等点源污染治理。团队正与企业合作开展中试，未来有望替代现有离子交换树脂工艺。