用于纺织废水处理的Phanerochaete chrysosporium双功能废弃真菌颗粒：一种“以废治废”的策略

《Sustainable Materials and Technologies》：Dual-functional waste fungal pellets of Phanerochaete chrysosporium for textile wastewater treatment: A waste to treat waste strategy

纺织废水处理中利用磷丰草属（Phanerochaete chrysosporium）废真菌颗粒（WFP）吸附甲基蓝（MB）的研究，通过优化中性pH、25℃及30分钟接触时间实现95.25%高效去除率，基于表面羟基、羧基及胺基的化学吸附与静电作用，并验证其重复使用性和经济环保性。

　　本研究聚焦于纺织废水处理中的一个关键问题，即如何高效且可持续地去除合成染料，特别是甲基蓝（Methylene Blue, MB）。纺织废水是全球工业污染的主要来源之一，其中含有大量难以降解的有机化合物和重金属，对生态环境和人类健康构成严重威胁。传统的废水处理技术，如混凝、絮凝和高级氧化等，往往成本高昂、效率有限，并且容易产生二次污染。相比之下，吸附法因其操作简便、去除效率高而被广泛采用，但其吸附剂的制备成本和不可再生性限制了其大规模应用。因此，寻找一种经济、环保且高效的吸附材料成为当前研究的重点。

本研究提出了一种创新的“废物处理废物”策略，即利用先前用于处理炼油废水、重金属和硒化合物的**Phanerochaete chrysosporium**（一种白腐真菌）废弃菌体颗粒（Waste Fungal Pellets, WFP）作为吸附剂，去除纺织废水中存在的甲基蓝染料。这一策略不仅实现了废弃生物质的资源化利用，还为解决工业废水中多个污染物的协同处理提供了新的思路。通过优化吸附过程中的关键参数，如pH值、温度、吸附剂用量和接触时间，研究团队成功实现了在中性pH（7）和常温（25℃）条件下，95.25%的甲基蓝去除率，并且吸附过程在30分钟内快速完成。

WFP的物理化学特性是其高效吸附性能的基础。通过表征分析，研究发现WFP具有多孔结构和异质表面，富含羟基、羧基和氨基等官能团。这些官能团为染料分子提供了丰富的结合位点，使其能够通过多种作用机制与染料相互作用。其中，pH点零电荷（pH_PZC）的测定结果显示，WFP的pH_PZC为4.1，表明其在中性条件下仍具有较强的吸附能力。此外，吸附过程的热力学分析表明，该过程是自发且放热的，进一步验证了其在环境条件下的可行性。

在吸附动力学研究中，研究团队发现伪二级动力学模型能够较好地描述甲基蓝在WFP上的吸附过程，其相关系数（R²）超过0.96。这表明吸附过程主要由化学吸附主导，而非简单的物理吸附。同时，Sips等温线模型在拟合吸附数据时表现出更高的准确性，其相关系数（R²）达到0.999，且χ²值为0.91，说明吸附过程涉及异质表面的复杂相互作用，包括单层和多层吸附机制。这一发现不仅揭示了WFP的吸附机制，还为其在不同污染物处理中的应用提供了理论依据。

研究还评估了WFP在多次吸附-解吸循环后的稳定性。结果显示，经过第四次循环后，WFP仍能保持71%的吸附效率，表明其具有良好的再生性能和重复使用潜力。这一特性对于实际应用尤为重要，因为它意味着WFP不仅能够高效吸附染料，还能在使用后通过适当的处理恢复其吸附能力，从而降低长期运行成本。

在吸附机制方面，研究团队通过实验和理论分析，提出了甲基蓝在WFP上的吸附可能涉及多种作用方式，包括静电作用、π–π堆积和氢键作用。这些作用机制共同作用，使WFP能够有效结合甲基蓝分子。静电作用主要发生在吸附剂与染料分子之间的电荷差异，而π–π堆积则可能与染料分子的芳香环结构有关。氢键作用则可能由吸附剂表面的羟基、羧基等官能团提供。这些相互作用不仅提高了吸附效率，还增强了吸附剂的稳定性和选择性。

与传统吸附剂相比，WFP在多个方面展现出显著优势。首先，它无需化学活化或表面改性，降低了制备成本。其次，WFP能够在中性pH和常温条件下高效工作，避免了对环境条件的严格要求，同时也减少了额外的能源消耗。此外，WFP的来源广泛，能够通过低成本的培养基实现大规模生产，这使其在实际应用中更具可行性。这些特点使得WFP成为一种极具潜力的绿色吸附材料，尤其适用于纺织废水的处理。

在实验方法上，研究团队采用了批次实验来优化吸附条件，并通过FESEM（场发射扫描电子显微镜）观察WFP在吸附前后的形态变化。结果表明，未经染料处理的WFP表面光滑且具有完整的菌丝结构，而吸附后表面呈现出更多的孔隙和凹凸结构，进一步证明了其吸附能力的增强。此外，研究还涉及对WFP与其他传统吸附剂的性能比较，结果显示WFP在去除效率和经济性方面均优于其他吸附材料。

本研究的成果不仅为纺织废水处理提供了一种新的解决方案，还为工业废弃物的资源化利用开辟了新的途径。通过将原本用于处理重金属和硒化合物的废弃菌体颗粒重新用于染料去除，研究团队成功实现了“废物处理废物”的理念，为构建循环经济模式提供了有力支持。这种策略不仅减少了废弃物的产生，还降低了处理成本，具有重要的环境和经济意义。

此外，本研究的创新性在于其对WFP的多用途开发。WFP不仅能够用于染料去除，还可能在其他污染物处理中发挥重要作用。例如，其丰富的官能团和多孔结构使其适用于重金属离子的吸附，而其生物活性可能进一步促进有机污染物的降解。这种多功能性为WFP在不同环境修复场景中的应用提供了广阔的空间，同时也为未来研究提供了新的方向。

从可持续发展的角度来看，本研究的成果具有深远的意义。随着全球对环境保护的重视程度不断提高，工业废水处理技术的绿色化和资源化成为研究热点。WFP的利用不仅符合这一趋势，还为解决工业废料问题提供了可行的方案。通过将废弃物转化为有价值的吸附材料，研究团队有效减少了资源浪费，同时降低了环境污染的风险。

在实际应用中，WFP的使用可以显著减少对化学吸附剂的需求，从而降低废水处理的成本和环境负担。此外，WFP的再生能力意味着其可以重复使用，进一步提高了其经济性和可持续性。这种材料的开发和应用为纺织行业和其他高污染行业提供了一种可行的废水处理技术，有助于推动环保产业的发展。

总之，本研究通过将废弃的**Phanerochaete chrysosporium**菌体颗粒转化为高效的吸附材料，为纺织废水处理提供了一种创新且可持续的解决方案。WFP不仅在吸附性能上表现出色，还具有良好的再生能力和经济性，使其成为一种极具前景的绿色吸附剂。未来，随着对WFP性能的进一步研究和优化，其在环境修复领域的应用前景将更加广阔。