编辑推荐：
玄武岩吸附剂去除Fe(II)研究：对比生基玄武岩(RWB)与煅烧样品(CWB)对Fe(II)、Mn、Ca硬水及氨氮等污染物的吸附性能，发现RWB因更丰富的矿物组成（尤其含蒙脱石）和未破坏的天然表面对Fe(II)去除效率更高（76.3% vs 63.2%），且无需煅烧处理降低成本。Langmuir等温模型和伪二阶动力学模型拟合最佳，主要吸附机制包括化学吸附、静电作用、阳离子交换及氧化还原反应。
阿里·M·埃尔·沙菲（Ali M. El Shafey）|艾哈迈德·M·扎耶德（Ahmed M. Zayed）|哈纳菲·M·阿卜杜勒-萨拉姆（Hanafy M. Abd El-Salam）|马哈茂德·S·M·阿卜杜勒-瓦赫德（Mahmoud S.M. Abdel Wahed）
埃及贝尼苏夫大学（Beni-Suef University）理学院化学系
摘要
本研究采用了两种低成本的天然地质材料——原始风化玄武岩（RWB）和煅烧风化玄武岩（CWB），用于去除受污染水溶液和地下水中的Fe(II)。CWB是通过将RWB在900°C下煅烧3小时制备得到的。实验采用了批量吸附方法，数据最佳拟合了朗缪尔等温模型。吸附动力学遵循伪二级反应和颗粒内扩散模型。尽管煅烧提高了材料的比表面积和孔隙率，但RWB表现出更高的Fe(II)去除效率，这可能与其更丰富的矿物组成（尤其是粘土含量）有关。结果表明，煅烧处理并不一定能够提升吸附性能。提出的吸附机制包括化学吸附、静电吸引、阳离子交换、表面络合以及吸附-氧化作用。此外，在地下水处理过程中，RWB在降低Mn、钙硬度、NH?、NO??、NO??和总溶解固体（TDS）方面表现优于CWB。因此，RWB是一种更具成本效益且可持续的水净化选择，无需进行耗能的处理。
引言
水资源正日益受到重金属、染料、氨和工业废物等污染物的威胁。其中，铁（Fe）污染是影响地下水质量和水生生态系统的一个关键问题（El Shafey等人，2021；Jaishankar等人，2014）。铁是地壳中含量第二丰富的金属（Abbaspour等人，2014），它通过自然风化和人为活动（包括工业排放和垃圾填埋场泄漏）进入水源（Dvorak等人，2007；Obiri-Nyarko等人，2015）。在厌氧含水层中，Fe(II)占主导地位，会导致水体变色、浑浊、味道改变、管道堵塞以及微生物滋生（Barloková和Ilavsky，2010；Dou等人，2018；Du等人，2017）。铁摄入量增加还会引发健康问题，例如妊娠期间风险增加（Grazuleviciene等人，2009），因此世界卫生组织（WHO）将饮用水中的铁含量限值设定为<0.3 mg/L（Abbaspour等人，2014）。
目前已开发出多种去除水中铁的技术，包括离子交换、膜过滤、化学沉淀和吸附。其中，吸附方法因其高效、简单和成本效益而受到广泛青睐（Burakov等人，2018；Chaufer和Deratani，1988；de Mora和Harrison，1983；Dean等人，1972；Futalan等人，2011；Gunorubon等人，2018；Jellinek和Sangal，1972；Lakkaboyana等人，2021b；Lakkaboyana等人，2021a；Sivarama Krishna等人，2017；Yadav等人，2021；Youssef等人，2006；Youssef等人，2016；Youssef等人，2008；Lakkaboyana等人，2021a；Lakkaboyana等人，2021b；Sivarama Krishna等人，2017）。
天然材料如壳聚糖、沸石和粘土已被证明是低成本的吸附剂（Babel和Kurniawan，2003；Uddin，2017），而像风化玄武岩（WB）这样的铝硅酸盐化合物也因其丰富性和无毒性而受到关注（Said和lil-Batrūl，1990）。WB含有橄榄石、辉石和斜长石等矿物，这些矿物在自然风化过程中会形成沸石和粘土矿物等次生相，这些成分有助于提高吸附性能（Constantiner和Diamond，2003）。此前已有研究利用改性后的WB去除镉、锌、镍、钡和染料（Abu Sharib等人，2021；Mohamed等人，2020；Qi等人，2016）。
虽然粘土、沸石和生物吸附剂已被用于去除Fe(II)（Abdu等人，2025；Park和Lee，2020），但许多方法需要化学或热处理，从而增加了环境和经济成本。相比之下，本研究提出了一种天然丰富的、低成本的、无毒的、无需表面改性的有效吸附剂——原始风化玄武岩（RWB）。
因此，本研究的目的是探讨RWB和CWB作为环保、低成本Fe(II)去除吸附剂的潜力。研究内容包括评估这些材料的矿物学和物理性质，分析不同条件下的吸附性能，建立动力学和等温模型，并对Fe(II)吸附前后的形态变化进行观察。
材料
材料
在埃及东部沙漠的Wadi Hagoul地区，采集了原始风化玄武岩（RWB）样本。Fe(II)溶液使用从Scharlau购买的七水合硫酸铁（FeSO?·7H?O）制备。Fe(II)溶液的pH值通过使用Prolabo Chemical Company（英国）提供的33% HCl和97%纯度NaOH进行调节。蒸馏水（DW）用于配制Fe(II)标准溶液及其稀释液。
样品表征
图1展示了原始风化玄武岩（RWB）及其煅烧产物（CWB）的XRD图谱。RWB中的主要结晶相包括斜长石、拉长石和透辉石，同时还含有大量的粘土矿物海泡石。这些相的鉴定基于与标准JCPDS参考图谱的衍射峰匹配结果：斜长石（JCPDS 00–041-1486）、拉长石（JCPDS 00–035-0424）、透辉石（JCPDS 00–041-1370）和海泡石（JCPDS 00–013-0595）。
结论
- •
本研究提出了两种新的天然地质材料RWB和CWB，用于水净化。
- •
RWB在900°C下煅烧3小时得到CWB。
- •
尽管煅烧过程改善了材料的物理性质（如比表面积S_BET和孔隙率V_t），但RWB在去除水溶液和地下水中的Fe(II)方面表现更优。这表明未经改性的RWB作为一种低成本、无毒的天然材料，具有很好的Fe(II)去除效果。
- •
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了科学、技术及创新资助机构（Science, Technology & Innovation Funding Authority, STDF）的支持，具体项目为“10/青年研究人员资助计划”（STDF-YRG）/STDF-Youth，项目编号为43239。
