富含稻草生物炭的MgFe层状双氢氧化物复合材料：用于高效且可再生的水溶液中铜离子去除

《Journal of Applied Polymer Science》：Straw Biochar-Loaded MgFe Layered Double Hydroxides Composite for Efficient and Regenerable Copper Ion Removal From Aqueous Solutions

高效铜离子吸附材料BC-MgFeLDH的制备与性能研究。利用农业秸秆制备生物炭，通过共沉淀法负载MgFe-LDH，形成具有高比表面积（193.40 m2/g）、氧官能团及分级孔结构的复合材料。该材料铜离子吸附效率达99.86%，容量37.425 mg/g（是原料10倍），符合伪二阶动力学和Langmuir等温模型，证实层间阴离子交换、羟基配位及静电作用机理，循环5次后仍保持60%以上吸附率。实现了生物质资源化与功能材料创新的双重效益。

　　

摘要

高效去除铜离子（Cu²⁺）仍然是水污染控制中的一个关键挑战。传统吸附剂通常存在合成过程复杂、二次污染风险以及再生性能差的问题。本研究提出了一种创新解决方案：通过高温热解将农业秸秆废弃物转化为生物炭，并通过共沉淀法在其上负载镁铁层状双氢氧化物（MgFe-LDH）。所得的BC-MgFeLDH复合材料具有较高的比表面积（193.40?m²/g）、丰富的含氧官能团以及层次化的多孔结构。在最佳条件下，该复合材料对Cu²⁺的去除效率达到99.86%，最大吸附容量为37.425?mg/g——几乎是原始生物炭的10倍。动力学和等温实验表明，吸附过程遵循准二级模型，并且很好地符合朗缪尔等温线，说明主要发生化学吸附和单层吸附。XPS和FTIR的机理分析证实，层间阴离子交换、表面羟基络合以及静电相互作用是Cu²⁺去除的关键机制。此外，该材料经过五次重复使用后仍能保持超过60%的去除率，充分展示了其优异的再生能力和稳定性。这项工作体现了废弃物生物质利用与功能材料创新的双重优势，为经济高效、可持续地去除水中的重金属提供了一条有前景的途径。

图形摘要

BC-MgFeLDH的制备过程以及其对铜离子的吸附机制和性能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。