利用马尾藻(Sargassum horneri)和石莼(Ulva australis)生物吸附剂去除阳离子染料的创新研究

为解决工业废水染料污染问题，研究人员开展利用韩国海岸藻类生物质(S. horneri和U. australis)吸附MB和TB染料的研究。结果表明：经简单预处理的藻类生物吸附剂对MB/TB的最大吸附量分别达1266/1315 mg/g，符合Langmuir单层吸附模型，且可重复使用3次。该研究为海洋生物废弃物资源化及染料废水治理提供了经济高效的解决方案。

　　

随着纺织、印染等行业的快速发展，染料废水污染已成为全球性环境难题。据统计，全球每年消耗超过8万吨染料，其中阳离子染料如甲基蓝(MB)和甲苯胺蓝(TB)因其复杂的分子结构和抗降解性，对水生生态系统构成严重威胁。这些染料不仅会阻碍阳光穿透水体影响光合作用，其毒性还会导致生物突变。传统吸附材料如活性炭成本高昂，而化学处理又容易产生二次污染。与此同时，韩国海岸每年爆发的马尾藻(S. horneri)和石莼(Ulva australis)藻华，既破坏海洋生态又需耗费巨资清理。如何将这种"海洋垃圾"变废为宝，成为环境领域亟待解决的课题。

针对这一挑战，韩国济州岛Para Jeju公司的研究人员开展了一项创新研究。他们发现这两种藻类富含羧基、羟基等活性基团，理论上可高效吸附阳离子染料。通过系统实验，证实仅经简单清洗处理的藻类生物吸附剂对MB和TB具有惊人吸附能力，相关成果发表在《Desalination and Water Treatment》期刊。

研究团队采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析表面官能团，X射线光电子能谱(XPS)表征元素组成，Brunauer-Emmett-Teller(BET)法测定比表面积。通过动力学实验验证伪二级吸附模型，等温线实验采用Langmuir和Freundlich模型拟合，并考察温度对吸附的影响。

3.1 生物吸附剂表征
FT-IR显示S. horneri在1634 cm^-1处有C=O伸缩振动峰，U. australis在1601 cm^-1处存在羧酸根特征峰。XPS证实两者均含C-O、C=O等含氧基团，S 2p谱图显示S. horneri存在-SO₃^-基团。BET测得比表面积仅0.92 m²/g，但丰富表面基团弥补了物理吸附缺陷。

3.2 吸附动力学
两种藻类对MB/TB的吸附在2小时内达平衡，伪二级动力学模型(R²>0.999)表明以化学吸附为主。S. horneri对MB的平衡吸附量(q_e)达19.7 mg/g，高于U. australis的19.1 mg/g。

3.3 吸附等温线
Langmuir模型最佳拟合证实单层吸附机制，S. horneri对MB/TB的最大吸附量(q_m)分别达1266和1315 mg/g，显著高于文献报道的甲醛处理藻类。分离因子R_L值(0.04-0.06)证实吸附过程有利。

3.4 温度影响
ΔG°随温度升高而降低(288K时-25.6 kJ/mol→298K时-26.5 kJ/mol)，ΔH°>0证实吸热过程。ΔS°>0表明吸附后固液界面无序度增加。

3.5 吸附机制
FT-IR显示吸附后COO^-峰位移，证实静电吸引是主要机制。MB分子中C-N键(1388 cm^-1)和C-S-C键(665 cm^-1)特征峰的出现验证了染料成功吸附。

3.6 重复利用性
0.1 M HCl再生后，S. horneri经3次循环仍保持80.4%的MB去除率，但吸附容量随循环次数递减，可能与酸性条件破坏部分官能团有关。

这项研究首次证实未经化学改性的S. horneri和U. australis对阳离子染料具有超常吸附能力。其意义在于：1)开创性地将有害藻华转化为高效吸附剂，实现"以废治废"；2)突破传统认为低比表面积材料吸附性能差的认知，证明表面化学性质的主导作用；3)为发展中国家提供了一种成本仅为活性炭1/50的替代方案。特别是S. horneri对TB的吸附量(1315 mg/g)创下藻类生物吸附剂的新纪录，这对处理含复杂芳香胺结构的工业废水具有重要参考价值。未来研究可优化再生工艺，并探索其对其他新兴污染物的去除潜力。