磁性纳米材料（Fe3O4@SiO2@Cys）在建筑废弃物处理中的制备优化与吸附性能评估及其AI辅助设计研究

本综述系统探讨了以建筑废弃物（如铁尾矿）为前驱体合成功能性磁性纳米材料（Fe3O4@SiO2@Cys）的创新策略，重点分析其核心-壳-配体结构对重金属（如Pb2+）的高效吸附机制与磁分离特性，并引入人工智能（AI）模型实现材料性能预测与工艺优化，为绿色能源材料开发提供智能化的设计范式。

　　

Physicochemical properties and reuse potential of construction waste

随着城市化加速，大量建筑废弃物（如废弃混凝土、砖块、石膏板、粉煤灰和铁尾矿）从建筑拆除和基础设施改造中产生。这些废弃物不仅占用土地资源，若处理不当还可能使重金属和碱性物质迁移至周边水体与土壤，导致环境污染。然而，这些建筑废弃物通常富含金属氧化物和硅酸盐成分，具备作为功能材料前驱体的潜力。例如，铁尾矿因高含量的Fe₂O₃、SiO₂和Al₂O₃，可作为合成Fe₃O₄磁性纳米颗粒的重要原料，在重金属吸附、磁分离和催化载体领域应用前景广阔。

Adsorption isotherms and kinetics experiments (Pb²⁺, Cr⁶⁺, Cu²⁺, etc.)

在相同水力条件下，对经谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸及半浓度谷氨酸离子液体修饰的磁性纤维素（分别命名为Glu-M-C、Ala-M-C、Asp-M-C和1/2 Glu-M-C）进行吸附测试，每种吸附剂用量0.2 g。吸附结果如图所示。随时间推移，所有吸附剂的吸附效率显著提高。其中，谷氨酸修饰的纤维素对Pb²⁺的吸附表现尤为突出，展现出高选择性和容量。吸附等温线与动力学实验进一步证实，该材料对Pb²⁺的吸附符合Langmuir模型和准二级动力学模型，表明其以单层化学吸附为主导机制。

Conclusion and future work

本研究成功开发了一种基于铁尾矿的新型磁性纳米材料体系，用于选择性吸附重金属离子及后续在再生混凝土中的应用。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）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）和振动样品磁强计（VSM）分析，证实合成的Glu-M-C及离子印迹Glu-M-C复合材料具有优异结晶度、强磁响应性和丰富表面官能团。离子印迹Glu-M-C对Pb²⁺的最大吸附容量达XX mg/g，且可通过磁分离高效回收，重复使用后仍保持高吸附性能。未来工作将聚焦于材料规模化制备、多元重金属协同吸附机制探索，以及AI模型在材料逆向设计中的深度集成。