锆改性印楝籽吸附剂的超声合成及其对水体和地下水中氟化物的高效去除机制研究

为解决全球饮用水氟污染问题，研究人员通过超声辅助碳化技术开发了锆改性印楝籽吸附剂(NS-Zr)，系统研究了其在不同温度(400-800°C)下的结构特性与吸附性能。结果表明，NS-Zr@800在pH=7时展现出97.5%的去除率和1.36 mg/g的吸附容量，且对真实地下水仍保持86%的去除效率。该研究为开发低成本、可持续的生物质吸附剂提供了新思路。

　　

全球有超过20亿人暴露在高氟地下水的健康威胁中，世界卫生组织(WHO)规定饮用水氟含量上限为1.5 mg/L，过量摄入会导致氟骨症、内分泌紊乱等疾病。尽管现有技术如反渗透、电渗析等方法能去除氟化物，但高昂成本和二次污染问题限制了其应用。吸附法因操作简单、成本低廉成为最有前景的解决方案，其中锆基材料因其路易斯酸特性和对氟离子的强亲和力备受关注。印度理工学院(ISM) Dhanbad分校的研究团队创新性地利用农业废弃物印楝籽(Neem Seed, NS)为载体，通过超声辅助浸渍和高温碳化(400-800°C)制备了锆改性吸附剂(NS-Zr)，系统研究了其对合成水体和真实地下水中氟化物的去除效能，相关成果发表在《Results in Chemistry》。

研究采用场发射扫描电镜(SEM-EDX)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)等技术表征材料特性，通过批式吸附实验考察了pH(2-9)、接触时间(5-180 min)和温度(30-60°C)等参数的影响，并运用Langmuir、Freundlich和Temkin等温线模型分析吸附机制。

材料表征显示，NS-Zr@800具有最高比表面积(80 m²/g)和零电荷点(pH_zpc=7.2)，其表面丰富的Zr-OH基团通过配体交换实现氟吸附。动力学研究表明伪一级模型(RMSE=0.0297)更符合实验数据，表明物理扩散主导吸附过程。热力学参数ΔH=-40.1 kJ/mol证实反应为放热过程，ΔG<-5.54 kJ/mol说明吸附可自发进行。值得注意的是，NS-Zr@800对合成水的最大吸附容量达1.36 mg/g，而对含多种干扰离子的真实地下水仍保持0.17 mg/g的吸附量，经3次NaOH再生后仍保留70%效能。

该研究创新点在于：首次将印楝籽与锆结合制备吸附剂，通过超声处理优化了材料孔隙结构；系统比较了不同碳化温度(400/600/800°C)对性能的影响，发现高温形成的微孔结构(14.31 m²/g)显著提升吸附容量；提出了酸性条件下质子化吸附与中性条件下离子交换的双路径机制。相比传统活性炭，NS-Zr原料成本降低80%，且避免了化学活化剂的污染风险，为发展中国家农村地区的水处理提供了可行方案。未来研究可进一步优化再生工艺，并探索该材料对砷、铅等共存污染物的协同去除能力。