一种新型生物吸附复合材料的合成：该复合材料结合了壳聚糖粉末和仙人掌（Opuntia ficus-indica）的茎节；其特性及在水体中去除重金属的应用

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Synthesis of a Novel Bio-adsorbent Composite Combining Chitosan Powder and Opuntia ficus-indica Cladodes: Characterization and Application for Heavy Metal Removal from Water

高效去除重金属污染水的OFI/CS复合吸附剂研究：通过表征和动力学模型分析，1:1复合物对Pb2?、Cu2?去除率超90%，吸附容量达102 mg/g，Langmuir和Freundlich模型分别适用于Pb/Cu及Ni/Cd的等温特性，验证其高效多金属吸附潜力。

　　

摘要

快速的城市化和工业化导致地表水和地下水受到重金属的严重污染，对生态系统和人类健康构成了威胁。在本研究中，将仙人掌（Opuntia ficus-indica，简称OFI）和壳聚糖（chitosan，简称CS）结合使用，以提高这两种材料的吸附性能。制备了质量比为1:1和1:2的OFI/CS复合材料，并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜/能量色散X射线光谱（SEM/EDX）及元素分析对其进行了表征。测试了这些材料在[10–100] mg/L浓度范围内对水中Pb(II)、Cu(II)、Ni(II)和Cd(II)的多重金属的吸附效率。研究了pH值、接触时间和初始吸附剂浓度对吸附性能和吸附动力学的影响。实验结果表明，在接触180分钟后，当生物吸附剂用量为5 g/L且初始重金属浓度为100 mg/L时，OFI/CS 1:1复合材料的吸附效率较高：Pb(II)和Cu(II)的去除率超过90%，Ni(II)和Cd(II)的去除率超过40%。在所测试的动力学模型中，Elovich模型最符合实验结果，表明吸附过程属于化学吸附。对于等温线分析，Langmuir模型对Pb(II)和Cu(II)的拟合效果最佳，而Freundlich模型和Dubinin–Radushkevich（D–R）模型则能更好地描述Ni(II)和Cd(II)的吸附行为。OFI/CS 1:1复合材料的吸附容量最高，铅的吸附容量达到102 mg/g，镉的累计吸附容量为183 mg/g。这些结果凸显了OFI/CS复合材料（尤其是1:1比例的复合材料）在有效去除受污染水中的重金属方面的巨大潜力。