纤维素表面亚甲基蓝吸附限制机制：实验与分子动力学模拟的启示

为解决阳离子染料(如亚甲基蓝MB)对水生态的毒性威胁，研究人员通过低温水热法(150?°C)开发出水葫芦生物质吸附剂。该材料具有305.33?m2/g比表面积和7.2零电荷点，MB最大吸附量达277.4?mg/g。分子动力学模拟揭示π-π堆积作用导致的MB聚集是限制吸附的关键因素，五次循环后仍保持83.9%吸附性能，为低成本废水处理提供新方案。

　　

阳离子染料亚甲基蓝(MB)的排放因其毒性和化学持久性对水环境构成严重威胁。这项研究创新性地采用水葫芦生物质，通过150?°C低温水热处理(无需化学活化)制备绿色吸附剂，突破了传统高能耗方法的局限。热重分析(TGA)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)和X射线衍射(XRD)等表征显示，所得材料具有介孔结构和H3型滞后环，比表面积高达305.33?m²/g，零电荷点约7.2。

批量吸附实验证实该过程符合伪二级动力学和Langmuir等温模型，在pH7时MB最大吸附容量达到277.4?mg/g。机制分析表明，静电吸引、氢键作用以及MB分子与纤维素基质含氧基团间的π-π堆积是主要驱动力。分子动力学模拟首次揭示：在高染料浓度下，π-π堆积作用促进的MB分子在纤维素表面和水相中的聚集，会形成吸附限制效应。

特别值得注意的是，经过五次吸附-脱附循环后，水葫芦生物质吸附剂(WBA)仍保持83.9%的初始吸附能力，展现出优异的稳定性。这项研究不仅为开发低成本、可持续的染料废水处理方案提供了新思路，其揭示的吸附限制机制对类似污染物处理系统的设计具有重要指导意义。