仙人掌纤维素对阳离子染料的吸附性能研究：可持续水处理材料的开发与应用

本研究针对工业废水中有害阳离子染料污染问题，开发了一种从仙人掌(Opuntia ficus-indica)茎叶提取的纤维素吸附剂(TCP)。通过XRD、FTIR、SEM等技术表征证实成功提取Iβ型纤维素，BET比表面积达12.4 m2/g。实验表明该材料对中性红(NR)染料的吸附量高达357.1 mg/g，去除率超90%，且可重复使用5次以上。研究为开发低成本、可持续的水处理材料提供了新思路。

　　

随着工业快速发展，纺织、造纸等行业排放的染料废水已成为严重环境问题。其中，阳离子染料因其复杂的芳香结构和稳定性，难以通过常规方法降解，对水生生态系统和人类健康构成威胁。目前常用的吸附剂如活性炭成本较高，而传统处理方法效率有限。因此，开发高效、可持续且低成本的吸附材料成为研究热点。

突尼斯El Manar大学材料与环境可持续发展实验室（Laboratory of Materials and Environment for Sustainable Development, University of Tunis El Manar）的研究人员Alma Jandoubi、Mehrzia Krimi和Rached Ben Hassen从仙人掌(Opuntia ficus-indica)茎叶中提取纤维素作为吸附剂，研究其对中性红(NR)染料的去除效果，相关成果发表在《Journal of Renewable Materials》上。

研究人员采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积分析等技术对材料进行表征，并通过批量吸附实验考察了pH值、吸附剂用量、初始浓度、接触时间和温度等因素对吸附效果的影响。

材料表征结果显示，经过处理的仙人掌纤维素(TCP)结晶度指数达72%，成功去除了原料中的非纤维素成分和草酸钙晶体。FTIR谱图证实了纤维素特征官能团的存在，SEM图像显示处理后的纤维表面更加光滑。BET分析表明TCP的比表面积从原料的1.6 m²/g提升至12.4 m²/g。

吸附性能研究发现，在pH=3、吸附剂用量3 g/L、初始染料浓度100 mg/L条件下，TCP对NR染料的去除率超过90%，2小时内达到吸附平衡。吸附过程符合Langmuir等温模型(R²=0.98)，最大吸附容量达357.1 mg/g，优于文献报道的壳聚糖改性活性炭(22.13 mg/g)和埃洛石纳米管(54.85 mg/g)等材料。动力学分析表明吸附过程遵循准二级动力学模型。

热力学参数显示，NR在TCP上的吸附是自发(ΔG°为负值)且放热(ΔH=-24.886 kJ/mol)的过程，表明主要是物理吸附。经过5次吸附-解吸循环后，TCP仍保持70%以上的去除效率，显示出良好的可再生性。

这项研究证实仙人掌茎叶提取的纤维素是一种高效、可持续的阳离子染料吸附剂。其制备过程简单，原料来源广泛，在废水处理领域具有重要应用前景。研究结果为开发基于农业废弃物的环保吸附材料提供了新思路，有助于推动可持续水处理技术的发展。