沸石-A/氧化石墨烯纳米复合材料在禽类粪便氨氮去除中的合成、表征及响应面优化研究

本研究针对禽类粪便中氨氮污染问题，通过合成沸石-A/氧化石墨烯(Zeolite-A/GO)纳米复合材料，结合响应面法(RSM)优化吸附参数，实现95%氨氮去除率。该复合材料比表面积达69.30 m2/g，吸附剂量为关键影响因素，为农业污染治理提供新型解决方案。

　　

禽类养殖业的快速发展带来了严重的氨氮污染问题，禽类粪便中的氨不仅导致水体富营养化，还会通过挥发形成PM_2.5前体物。传统沸石吸附材料存在容量低、抗盐性差等缺陷，而氧化石墨烯(GO)因其独特的π电子结构和超高比表面积成为改性研究热点。

沙特国王大学(King Saud University)与尼日利亚高等教育信托基金(TETF)资助的研究团队创新性地将沸石-A与GO复合，通过共价键结合形成堆叠立方-球形结构的纳米复合材料。研究采用响应面法(RSM)优化工艺参数，发现该材料在禽类粪便氨氮去除中展现出95%的高效率，其69.30 m²/g的比表面积显著优于单一组分。论文发表于《Materials Research Bulletin》期刊。

关键技术包括：高分辨扫描电镜(HRSEM)表征材料形貌、透射电镜(HRTEM)观察组分分散状态、傅里叶红外光谱(FTIR)分析化学键合、N₂吸附-脱附测定比表面积，以及基于Box-Behnken设计的响应面优化实验。

【材料表征】HRSEM显示沸石-A呈标准立方体形貌，GO为层状结构，复合后形成独特堆叠结构；HRTEM证实沸石-A纳米颗粒均匀分散在GO片层中，FTIR谱图显示两者特征峰共存，证实成功复合。

【吸附性能】N₂吸附测试显示复合材料比表面积(69.30 m²/g)是单一沸石-A(15.89 m²/g)的4.4倍；RSM分析表明吸附剂量对去除率影响最大(p<0.05)，搅拌时间次之，pH影响不显著。

【环境应用】在禽类粪便处理中，材料表现出温度依赖性吸附特性，最佳条件下氨氮吸附容量达7.8 mg/g，且可重复使用5次后保持80%效率。

Jimoh Oladejo Tijani团队通过构建沸石-A/GO纳米复合材料，解决了传统吸附剂在复杂基质中性能不足的难题。该研究不仅为农业面源污染治理提供新材料，其RSM优化模型更为实际工程应用提供参数指导。复合材料中GO的引入既增强了传质效率，又通过表面官能团提升了离子交换能力，这种"结构-性能"协同设计策略对环境功能材料开发具有普适性参考价值。