绿色合成钡钴纳米复合材料协同吸附去除废水中亚甲基蓝和铅离子的机制与成本效益研究

本研究针对工业废水中亚甲基蓝(MB)染料和铅(Pb(II))离子共去除难题，采用Anacardium occidentale叶提取物绿色合成BaCoNCs纳米复合材料，通过FTIR/XRD/HRSEM/BET表征证实其优异表面特性。实验表明该材料在pH 8(MB)/5(Pb(II))、60分钟条件下最大吸附量达487 mg/g(MB)和405 mg/g(Pb(II))，符合准二级动力学和Langmuir模型，经6次循环仍保持80%以上去除率，吸附成本仅0.47-0.44 US$/g，为工业废水处理提供高效可持续解决方案。

　　

随着工业化的快速发展，纺织、制革、电镀等行业排放的废水含有大量亚甲基蓝(MB)染料和铅(Pb(II))等重金属污染物，这些物质具有高毒性、难降解性和生物累积性，不仅破坏水生生态系统，还会通过食物链威胁人类健康。传统处理方法如生物修复、化学沉淀等存在效率低、二次污染等问题，而吸附法因其操作简单、成本低廉成为研究热点。然而，现有吸附剂对染料和重金属的协同去除效果有限，且合成过程常使用有毒化学试剂。针对这一现状，研究人员开发了一种环境友好的解决方案。

为开发高效可持续的废水处理材料，研究人员采用Anacardium occidentale（腰果）叶提取物作为绿色还原剂，通过生物合成法制备了钡钴纳米复合材料(BaCoNCs)。该研究系统评估了材料对MB和Pb(II)的协同去除性能，揭示了吸附机理，并进行了成本效益分析。相关成果发表在《Results in Engineering》上，为工业废水处理提供了新型环保材料。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、高分辨扫描电镜(HRSEM)和BET比表面积分析等技术对材料进行表征。通过批量吸附实验考察了pH、接触时间、吸附剂用量等参数对去除效率的影响，并采用动力学模型和等温线模型分析吸附过程。竞争吸附实验评估了共存离子的影响，通过再生实验考察材料稳定性，最后进行了成本核算。

材料表征结果显示，BaCoNCs具有108 m²/g的比表面积和30 nm的介孔结构，FTIR证实其表面富含羟基和羧基等活性基团。吸附实验表明，在pH 8(MB)和5(Pb(II))、25 mg/L投加量、60分钟条件下达到最佳去除效果。动力学分析符合准二级模型，说明吸附以化学吸附为主；等温线数据拟合Langmuir模型，表明为单层吸附。热力学参数ΔG°为负值、ΔH°为正值，证实吸附是自发、吸热过程。竞争吸附实验显示PO₄^3-等阴离子影响显著。经过6次再生循环，材料仍保持85.05%(MB)和81.00%(Pb(II))的去除率，吸附成本仅为0.47和0.44 US$/g。

研究证实BaCoNCs通过静电作用、氢键、表面络合等多机制协同去除污染物。与单一组分相比，复合材料展现出显著增强的吸附性能，这归因于钡钴组分的协同效应和绿色合成赋予的表面特性。该材料兼具高效性、可再生性和成本优势，为复杂工业废水处理提供了可持续解决方案，在环境修复领域具有重要应用前景。研究创新性地将绿色化学理念与纳米技术相结合，不仅解决了污染物协同去除的技术难题，还为开发环境友好型功能材料提供了新思路。