介孔且可重复使用的Fe?O?掺杂黄原酸盐改性瓜尔胶基水凝胶纳米复合材料：能够经济高效地去除合成废水和实际废水中的有毒染料

《Microprocessors and Microsystems》：Mesoporous and Reusable Fe 3O 4 Doped Xanthate Modified Guar Gum-Based Hydrogel Nanocomposite: Cost Effective and Efficient Removal of Toxic Dye from Synthetic and Real Wastewater

甲基蓝染料吸附与光催化降解纳米复合材料研究：通过溶胶-凝胶法制备XGGmHs@Fe3O4纳米复合材料，其吸附效率达99.31%，吸附容量227.79 mg/g，再生后仍保持88.12%效率；光催化降解效率94.76%，在真实河道废水（Ami河91.35%，Maheshra河94.77%）中有效。

　　

阿宾德·乔拉西亚（Arbind Chaurasiya）|普尔恩·普拉卡什·潘德（Poorn Prakash Pande）|拉维·尚卡尔（Ravi Shankar）|阿尼尔·库马尔（Anil Kumar）|苏吉特·库马尔·乔拉西亚（Sujeet Kumar Chaurasia）

印度北方邦戈拉克普尔（Gorakhpur）马丹·莫汉·马拉维亚技术大学（Madan Mohan Malaviya University of Technology）化学与环境科学系（邮编：273010）

摘要

亚甲蓝（Methylene Blue，MB）染料在纺织和制药行业的广泛使用导致其持续存在于废水中，由于其毒性和对传统处理技术的抗性，这引发了严重的健康和环境问题。鉴于传统技术的局限性，本研究强调了迫切需要能够通过吸附和光催化降解有效去除MB染料的创新材料。为了解决这一问题，采用溶胶-凝胶法合成了一种由黄原酸改性瓜尔胶基水凝胶（XGGmHs）和Fe₃O₄纳米颗粒（NPs）组成的纳米复合材料，并通过UV、FTIR、TGA、ΔpH_PZC、XRD、BET、VSM、FESEM-EDS、HRTEM和XPS等分析方法对其进行了研究。在最佳条件下，XGGmHs@Fe₃O₄纳米复合材料的MB染料去除效率达到了99.31%。实验结果表明，XGGmHs@Fe₃O₄纳米复合材料具有227.79 mg/g的吸附容量，符合Langmuir等温线模型，并遵循伪二级动力学规律，其吸附速率为2.07 × 10^-3 g/(mg·min)。此外，在可见光下，使用XGGmHs@Fe₃O₄纳米复合材料进行光催化降解时，45分钟内MB染料的降解率为94.76%，降解速率为-5.56 × 10^-2 min^-1。解吸实验显示，经过四次循环后，88.12%的XGGmHs@Fe₃O₄纳米复合材料得以再生，表明其具有显著的可重复使用性。在实际废水样本中，XGGmHs@Fe₃O₄纳米复合材料对MB染料的去除效率分别为：阿米河（地点1）91.35%、马赫什拉河（地点2）94.77%和84.24%。这些发现表明，所合成的XGGmHs@Fe₃O₄纳米复合材料是废水处理应用中的有前景的材料，为去除染料污染物提供了一种可持续且高效的方法。

部分内容摘录

引言

全球纺织行业是水污染的主要来源，向环境中排放了大量污染物。其中，重金属和合成染料尤为令人担忧[1]。在纺织加工的各个阶段（如精练、丝光、退浆、上浆、漂白，尤其是染色）过程中，会消耗大量的水和化学物质。染色是纺织制造中的关键环节，需要大量水资源用于冲洗

材料

所有化学物质（纯度约99%）包括：瓜尔胶（GGm：图S1a）、亚甲蓝染料（MB染料：图S1b）、过硫酸钾（KPS）、二硫化碳（CS₂）、十二烷基硫酸钠（SDS）、N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、丙烯酰胺（AAm）、氢氧化钠（NaOH）、三氯化铁（FeCl₃·6H₂O）、丙烯酸（AA）和硫酸亚铁（FeSO₄·7H₂O），均由S.D. Fine Pvt. Ltd.公司提供。

XGGmHs水凝胶的合成

XGGmHs水凝胶是通过黄原酸改性瓜尔胶的自由基共聚反应合成的

紫外-可见光谱

图3(a)展示了XGGmHs水凝胶、Fe₃O₄纳米颗粒和XGGmHs@Fe₃O₄纳米复合材料的紫外-可见光谱。从图中可以看出，XGGmHs水凝胶没有吸收峰，而Fe₃O₄纳米颗粒在紫外区域（276 nm）有一个明显的吸收峰；XGGmHs@Fe₃O₄纳米复合材料则显示出轻微的红移，吸收峰位于283 nm。这可能是由于Fe²⁺和Fe³⁺离子的电子跃迁，通常与电荷转移相关

结论

本研究的主要结论是，XGGmHs@Fe₃O₄纳米复合材料作为有效的、可重复使用的、可持续的吸附剂和光催化剂，在去除合成废水和实际废水中的MB染料方面表现出优异的性能。该纳米复合材料在中性pH条件下具有227.79 mg/g的吸附容量和99.31%的去除效率，其吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温线模型，表明其吸附机制为多层吸附。

CRediT作者贡献声明

苏吉特·库马尔·乔拉西亚（Sujeet Kumar Chaurasia）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、资源整理。阿尼尔·库马尔（Anil Kumar）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、形式化分析。拉维·尚卡尔（Ravi Shankar）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、监督、方法研究。普尔恩·普拉卡什·潘德（Poorn Prakash Pande）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、监督、方法研究、实验设计。阿宾德·乔拉西亚（Arbind Chaurasiya）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、方法研究、实验设计、数据分析

未引用参考文献

[59]; [60]。

数据获取

数据可应要求提供。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者之一阿宾德·乔拉西亚（Arbind Chaurasiya）对印度大学拨款委员会（UGC）提供的资深研究奖学金表示衷心的感谢。