硅磷改性氧化铝高效去除日落黄：吸附机制解析与再生性能突破

本研究开发了具有高吸附容量和优异再生性能的硅磷改性氧化铝（Si/P-Al2O3），首次证实日落黄（SY）分子中两个磺酸基团（D–SO3?）均与表面羟基（OH?）发生离子交换，并提出基于羟基定量分析的新方法解释再生过程中吸附容量提升现象，为有机染料去除提供了工业化应用新策略。

　　

Highlight

与未改性氧化铝（Unm-Al₂O₃）相比，通过硅磷沉积合成的Si/P-Al₂O₃具有更高的比表面积和显著增强的热/水热稳定性。

Results and discussion

通过硅磷沉积改性后的氧化铝展现出卓越的吸附特性：在pH 6.89条件下吸附容量达89.9 mg/g，较未改性氧化铝提升13.65%，且在第四次再生循环后吸附容量跃升至175.5 mg/g。吸附机制揭示其本质为改性氧化铝表面羟基（OH^?）与日落黄分子中磺酸基团（D–SO₃^?）的离子交换过程。突破性发现是：日落黄分子的两个磺酸基团均参与离子交换，而非单一基团作用。本研究首次提出通过羟基定量分析的新方法，成功解释了再生过程中吸附容量反升现象——再生过程中表面羟基密度增加直接增强了离子交换能力。

Conclusions

通过共沉淀法在合成过程中沉积硅磷制备的改性氧化铝具有双重优势：磷酸盐有效抑制高温煅烧过程中氧化铝颗粒团聚；硅覆盖氧化铝表面并取代表面羟基（Al–O–Si取代Al–OH），减少相邻Al–OH脱水引起的晶间烧结。这种协同效应使材料具备高比表面积（307.6 m2/g）和优异的热稳定性（经550℃热处理后比表面积保持率91.7%），为高效吸附和再生性能奠定结构基础。