通过碱熔融-水热法从钼尾矿合成的法尤石沸石，用于吸附亚甲蓝

《Microporous and Mesoporous Materials》：Faujasite zeolite synthesized by alkali fusion-hydrothermal method from molybdenum tailings for methylene blue adsorption

通过碱 fusion-热处理法从钼尾矿合成费卢瓦兹石型沸石，其对甲基橙的吸附效率达92.23%，吸附容量45.23 mg/g。XRD、FTIR等表征证实材料纯度，比表面积477.556 m2/g，孔径2.34 nm。吸附遵循伪二阶动力学和Freundlich等温线，机理包含表面吸附、静电吸引及氢键作用。该成果为钼尾矿资源化及低成本废水处理提供理论支持。

　　本研究成功地从钼尾矿中制备出一种沸石型分子筛，采用的是碱熔融和随后的水热合成方法。合成后的分子筛材料对亚甲基蓝（MB）具有良好的吸附性能。实验结果显示，该分子筛的比表面积高达477.556平方米/克，总孔体积为0.2793立方厘米/克，平均孔径为2.34纳米。表面表征表明，分子筛上存在大量活性位点，例如羟基等。这些特性通过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X射线光电子能谱（XPS）等手段得到了验证。在优化条件下，即固液比为2克/升、pH值为6、初始MB浓度为100毫克/升、温度为25摄氏度时，该分子筛对MB的去除效率达到92.23%，吸附容量达到45.23毫克/克。吸附过程遵循伪二级动力学方程（R2 > 0.998），表明化学吸附是吸附速率的限制因素。同时，弗伦德利希等温模型在平衡数据拟合中表现更好（R2 > 0.971），说明吸附主要由异质表面上的多层覆盖驱动。进一步的机理分析表明，MB的吸附是由表面吸附、静电吸引和氢键作用共同驱动的。这些发现不仅为有机污染物的废水处理提供了理论指导，也为钼尾矿的资源化利用和低成本污水处理策略的发展提供了技术支撑。

随着矿产资源的开采，工业固废的产生量日益增加。中国作为钼资源丰富的国家，主要从辉钼矿中提取钼，其储量丰富但矿石品位较低。钼的大量生产导致每年产生大量的钼尾矿。在中国，每年产生的钼尾矿约为3600万吨。这些尾矿不仅占用大量土地资源，还含有未充分利用的硅铝成分，如二氧化硅（SiO?）和氧化铝（Al?O?），以及残留的选矿化学品，如聚天冬氨酸和钙木质素磺酸盐。这些成分可能通过雨水侵蚀和地表径流渗入土壤和地下水系统，导致重金属污染、土壤酸化和生态系统退化，从而带来严重的环境风险。这一方法与近年来关于从工业尾矿中提取有价值成分的研究相契合。人们开始关注尾矿不仅仅是废弃物，还可能作为资源回收的原料。已有研究表明，钼尾矿可以被回收利用作为二次资源。当前关于钼尾矿的综合利用研究主要集中在水泥材料和陶瓷材料方面。钼尾矿的综合利用不仅将废弃物转化为有价值的资源，还能够将环境危害转化为经济效益，符合经济发展与环境保护的双重需求。

与此同时，工业废水的污染仍然是一个关键问题。纺织印染、制药和化工等行业产生的工业废水常常含有高浓度的有机染料，如亚甲基蓝和刚果红等。这些染料通常具有毒性、难以降解，并且容易被生物系统吸收。阳离子染料如亚甲基蓝已被证明在氧化物丰富的基质上具有很强的表面亲和力。为了去除染料，已经采用多种方法，包括吸附、氧化和生物降解等。其中，吸附方法因其操作简便、去除效率高、应用广泛以及吸附后的解吸过程简单，被认为是极具吸引力的策略。在这一过程中，物理和化学吸附相互作用。由于其卓越的效率和经济可行性，吸附方法被视为一种有前景的处理技术，并成为近年来的研究重点。

分子筛作为一种吸附剂，因其优异的离子交换能力、独特的多孔结构和高比表面积而备受关注。天然分子筛在实际应用中受到其有限供应和相对较低吸附容量的限制。相比之下，由纯化学试剂合成的分子筛虽然表现出更好的吸附性能，但其高昂的生产成本阻碍了其广泛应用。因此，开发低成本的分子筛合成原料具有重要意义。钼尾矿的化学组成，特别是其高含量的二氧化硅和氧化铝，使其成为分子筛合成的理想原料。这一固有优势为钼尾矿转化为功能性的多孔材料提供了坚实的基础。利用钼尾矿作为分子筛合成的原料，是一种高效利用这些废弃物的途径。此外，由钼尾矿合成的分子筛吸附剂在染料去除过程中可以显著降低操作成本。使用工业废弃物进行分子筛合成已被证明是经济可行的，它促进了环境保护和可持续的废弃物管理。

分子筛是通过碱熔融-水热法从钼尾矿中制备的。所制备的分子筛的物理和化学性质通过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X射线光电子能谱（XPS）等手段进行了分析。对亚甲基蓝的吸附性能进行了系统评估，并阐明了其吸附机制。这些发现不仅为废水中的有机污染物去除提供了理论基础，还鼓励了钼尾矿在环境修复中的可持续再利用。

本研究使用的钼尾矿来自中国黑龙江省。实验中使用的试剂包括氢氧化钠（纯度≥99.7%）、硅酸钠（纯度≥99%）和铝酸钠（纯度≥99%），均购自辽宁全瑞试剂有限公司。亚甲基蓝（纯度≥98.5%）试剂则购自中天精细化工有限公司。此外，所有使用的试剂均为分析级纯度。

分子筛的合成过程是在镍坩埚中进行的。将5克尾矿与5克氢氧化钠按相同比例混合。然后，将坩埚放入马弗炉中，在升温速率为10摄氏度/分钟的条件下加热至550摄氏度。样品在该条件下经过一定的反应时间后，进行冷却和后续处理。整个合成过程严格控制反应条件，以确保最终产物的结构和性能符合预期。通过调整反应参数，如温度、时间、试剂比例等，可以进一步优化分子筛的吸附性能。

为了全面了解原始钼尾矿的化学组成，采用了X射线荧光光谱（XRF）进行分析。如表1所示，二氧化硅和氧化铝占尾矿总量的80.12%。钼尾矿中丰富的硅和铝使其具备合成分子筛所需的化学成分，确认了其作为硅和铝源的可行性。这不仅为分子筛的合成提供了原料保障，还表明钼尾矿在资源化利用方面具有巨大的潜力。

为了进一步分析样品的相组成，采用了X射线衍射（XRD）技术。XRD分析可以确定分子筛的晶体结构，验证其是否成功形成沸石型分子筛。此外，通过XRD可以了解样品的结晶度和晶格参数，从而评估其物理和化学性质。结合其他表征手段，如FTIR、SEM和XPS，可以更全面地了解分子筛的表面化学特性、形貌和元素组成。这些数据对于理解分子筛的吸附机制和优化其性能具有重要意义。

本研究的结论表明，从钼尾矿中成功合成了沸石型分子筛，并对其在亚甲基蓝溶液中的吸附机制进行了系统研究。研究的主要发现如下：

1. 沸石型分子筛是从钼尾矿中合成的。该材料表现出高比表面积（477.556平方米/克）和合适的孔结构。这些特性使其在吸附过程中具有良好的性能，能够有效去除污染物。

2. 在优化条件下（固液比为2克/升、pH值为6、初始MB浓度为100毫克/升、温度为25摄氏度），该分子筛对MB的去除效率达到92.23%，吸附容量为45.23毫克/克。吸附过程遵循伪二级动力学方程（R2 > 0.998），表明化学吸附是吸附速率的限制因素。同时，弗伦德利希等温模型在平衡数据的描述中表现更好（R2 > 0.971），说明吸附主要由异质表面上的多层覆盖驱动。进一步的机理分析表明，MB的吸附是由表面吸附、静电吸引和氢键作用共同驱动的。这些发现不仅为有机污染物的去除提供了理论支持，还为钼尾矿的资源化利用提供了实践依据。

本研究的作者贡献如下：

- 邓秋舟：撰写、审阅与编辑，数据整理与管理。
- 宋一睿：撰写、审阅与编辑，可视化分析，数据整理与管理。
- 陶梅：监督，形式分析。
- 刘书成：监督，形式分析。
- 李彩霞：方法设计，概念提出。
- 董庆国：概念提出。
- 陈佳俊：可视化分析。
- 谢明良：资源提供。
- 孙倩羽：资源提供，项目管理。

本研究未涉及任何与本研究相关的利益冲突。作者确认该文章“从钼尾矿中通过碱熔融-水热法合成沸石型分子筛用于亚甲基蓝吸附”尚未在其他地方发表，并且是作者原创研究的成果。所有作者均未披露与本研究相关的利益冲突。

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号52004140）的资助，为本研究的顺利进行提供了资金支持。这一支持使得研究人员能够获取必要的实验材料和设备，从而进行深入的实验和分析。此外，该研究还获得了相关机构和实验室的支持，为实验的顺利开展提供了保障。这些支持不仅促进了研究的进行，还为研究成果的发表和应用提供了条件。