废弃轮胎衍生的高岭土改性炭黑用于结晶紫吸附：动力学、等温线与热力学分析揭示可持续水处理新策略

本研究开发了一种由废弃轮胎热解炭黑(CB)与天然高岭土(K)复合的新型吸附剂(CBK)，通过BET、FTIR、SEM-EDX等表征证实其具备32.53 m2/g比表面积和25.58 nm平均孔径。该材料在碱性条件下对结晶紫(CV)去除率达95%，Langmuir模型拟合最大吸附容量为1.359 mg/g（R2=0.999），吸附过程符合伪二级动力学模型（R2=0.991），涉及静电作用、π-π堆叠和氢键等机制。热力学参数(ΔG<0, ΔH=50.77 kJ/mol)表明其为自发吸热过程，为工业染料废水处理提供了低成本可持续解决方案。

　　

Materials and method

实验材料：高岭土(K)购自Sigma-Aldrich，结晶紫染料(CV)（分子式：C₂₅N₃H₃₀Cl，分子量：407.979 g/mol）源自Merck。炭黑(CB)取自柔佛巴鲁当地轮胎回收设施，酸碱调节使用0.1 M盐酸(HCl)和0.1 M氢氧化钠(NaOH)（分析纯，Merck）。

Morphology and elemental composition analysis

SEM显微图像（图2a）显示CBK吸附剂具有多孔不规则表面，这种粗糙纹理和可见孔隙显著提升了结晶紫等染料分子的可及性。高岭土颗粒在炭黑基质中的分布不仅提供了额外活性位点，还增强了结构稳定性。EDX谱图进一步证实了铝硅酸盐与碳基材料的成功复合。

Conclusion

本研究证实：由废弃轮胎炭黑与天然高岭土制备的改性吸附剂(CBK)具有高效、低成本、可持续的特性。其吸附过程符合伪二级动力学模型（化学吸附主导）和Langmuir等温模型（最大容量q_m=1.359 mg/g），热力学分析表明该过程为自发吸热反应。材料中高岭土的引入通过增强表面功能基团、孔隙可及性与结构稳定性，实现了对庞大阳离子染料的高效捕获，为工业级染料废水处理提供了传统碳基或粘土基吸附剂的实用替代方案。

Funding

本研究得到马来西亚理工大学基础研究基金（项目编号：Q.J130000.3809.22H62）支持。

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CRediT authorship contribution statement

Nurul Balqis Mohamed：原始草案撰写、可视化、数据整理、概念设计；Ya Mohammad Nazir Syah Ismail：文稿审阅编辑；Mohamed Hizam Mohamed Noor：文稿审阅编辑、概念设计；Najwa Wajihah Mohd Rusli：文稿审阅编辑；Norzita Ngadi：文稿审阅编辑、验证、监督。