《Sustainable Chemistry One World》：Comparative Analysis of Magnetic Tamarind Kernels and GO-Grafted Magnetic Tamarind Kernels for the Mitigation of Congo Red Dye.
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本研究通过共沉淀法制备了磁性番茄粉（MTKP）及其与石墨烯氧化物复合的纳米材料（MTKP-GO），用于去除刚果红染料。实验表明，MTKP-GO的最大吸附量为236.795 mg/g，优于MTKP的150.8045 mg/g。动力学符合伪二阶模型，等温线模型分别为Langmuir（MTKP）和Freundlich（MTKP-GO），验证了材料的高效环保吸附性能。
苏尼塔·胡达（Sunita Hooda）| 萨希尔·科利（Sahil Kohli）| 尼希塔（Nishita）| 鲁沙莉·马克卡尔（Rushali Makkar）| 安妮塔·纳兰（Anita Narang）| 阿努帕玛·舒克拉（Anupama Shukla）| 曼尼莎·维尔玛（Manisha Verma）| 桑杰塔·拉尼（Sanjeeta Rani）| 格图·甘比尔（Geetu Gambhir）| 莱什拉姆·萨亚（Laishram Saya）
印度新德里卡尔卡吉（Kalkaji）戈文德普里（Govindpuri）的阿查里亚·纳伦德拉·德夫学院（Acharya Narendra Dev College，德里大学）化学系聚合物研究实验室 – 110 019
摘要
本研究重点介绍了通过共沉淀法制备磁化罗望子仁粉（MTKP）纳米复合材料和氧化石墨烯混合罗望子仁粉（MTKP-GO）纳米复合材料，并探讨了它们在去除废水中的刚果红染料方面的应用。通过多种物理化学技术分析了这些纳米复合材料的表面形态和结构特征。FE-SEM、XRD和FTIR测试结果表明，成功制备出了具有较大表面积和良好磁响应性的磁性MTKP-GO。批量吸附实验显示，MTKP-GO的吸附潜力（qmax= 236.795 mg/g）显著高于MTKP（qmax = 150.8045 mg/g）。伪二级吸附动力学模型能够很好地拟合实验数据，其中MTKP的R2值为0.9952，MTKP-GO的R2值为0.99604。在所有研究的等温模型中，兰缪尔（Langmuir）模型最符合MTKP的吸附行为，而弗伦德利希（Freundlich）模型则最能解释MTKP-GO的吸附特性。
引言
水污染已成为当今世界面临的主要全球性挑战之一。工业污染是水污染的主要来源之一，尤其是制革行业的扩张[1],[2]。工业废水量巨大，预计到2025年将增加一倍，这导致受污染的淡水资源量急剧增加，而随着人口增长，对淡水的需求也在不断增加，因此这一问题十分严峻。制革染料具有毒性，可能引发皮肤皮疹、眼睛刺激甚至多种类型的癌症[3],[4]。这些染料还可能对海洋动植物造成严重影响。为了减轻染料和工业废水对环境的负面影响，开发经济高效且环保的废水处理技术至关重要[5],[6]。近年来，许多研究人员对利用废弃物制成的环保吸附材料产生了浓厚兴趣[7]。在去除工业废水中的溶解有机污染物（如色素）的方法中，吸附技术应用最为广泛[8],[9]。吸附是指一种现象，即极少量物质（称为吸附质）附着在另一种物质（称为吸附剂）的表面。吸附剂与吸附质之间的吸引力主要源于范德华力或静电相互作用等分子力。氧化石墨烯（GO）及其复合材料因其巨大的表面积而成为优异的吸附剂，能够吸附多种物质。当其他材料与GO结合形成复合材料时，由于协同效应，其吸附性能通常会得到提升[10],[11]。例如Fe3O4/氧化石墨烯/壳聚糖[12]、AC/Fe3O4[13]、Fe3O4/SSIP/GO[14]、BT–Fe3O4/GO[15]、GO-Fe3O4-CeO2-CTAB[16]等混合纳米材料在污染物去除方面具有显著应用前景。
在众多用于设计和合成可持续材料的天然环保材料中，罗望子作为一种易于获取的天然多糖来源，受到了广泛关注。罗望子（Tamarindus indica Linn）的种仁被制成罗望子仁粉（TKP），其中富含纤维、蛋白质、钾、钙、镁等矿物质以及果胶、黏液质和树胶等天然多糖。这种树胶含有木葡聚糖和木糖等复杂成分[17]。它常被用作食品和饮料行业的稳定剂，以及烘焙产品和冰淇淋等加工食品的增稠剂。TKP还具有抗炎和促进消化的作用，并富含抗氧化剂。基于TKP的增稠剂还可用于纺织品行业，在聚酯织物上印制分散颜料。此外，它在医药行业中也用作药片涂层和药膏的稳定剂。TKP具有天然、生物相容性、低毒性和优异的稳定性（无论酸性还是碱性环境），且具有出色的成膜能力[18]。针对基于罗望子仁的复合材料，已有大量文献研究。Adams等人[19]和Shah等人[20]分别报道了使用活化罗望子仁粉（ATKP）和罗望子籽活性炭（TSAC）吸附藏红花素O和酸性红1（AR1）染料的情况。Radhakrishnan等人[21]开发了一种新型吸附剂——乙二胺羟丙基罗望子果壳（EDAHP-TFS）。还有研究使用罗望子仁炭（TNC）和罗望子果炭（TFC）在平衡态和批量模式下吸附刚果红染料[22]。然而，我们在这项研究中提出的MTKP和MTKP-GO是新型材料，目前文献中尚未有相关报道。
本研究的主要目标是设计出高效、环保的吸附剂，因此选择罗望子仁作为基础材料。我们使用刚果红染料来测试所研究纳米复合材料的吸附特性和去除效率。刚果红是一种合成染料，广泛应用于纺织、造纸、印刷（油墨配方）、皮革染色和食品着色等领域。此外，它还用于制造pH指示剂和化学试剂。尽管其变色特性使其在测试试剂和实验室应用中很有价值，但其毒性给健康和环境带来风险，被认为可能致癌，长期接触会增加患癌症的风险，尤其是膀胱癌。研究显示刚果红可导致基因突变，干扰DNA结构，从而引发癌症及其他健康问题。
由于罗望子独特的物理和化学性质，它最近成为制备纳米复合材料的重要材料。电子、能源和医药等行业都在使用这些纳米复合材料[24]。这些复合材料能有效去除土壤和水中的污染物（包括重金属和农药），并在生物修复中帮助分解污染物的微生物生长[25],[26]。包装行业也可利用它们提高材料的阻隔性能、抑制微生物生长并延长产品保质期。纺织品行业可利用这些复合材料提升机械性能（强度和弹性）和热性能（防潮和防火）。电池和超级电容器等储能系统也能采用这些复合材料[27]，从而提高能量密度和循环寿命，降低成本。
材料
所有合成和实验过程中均直接使用了分析级试剂：氨水（30%）、氯化铁（96.0%）、氯化亚铁（96.0%）、盐酸（35%）、氢氧化钠（97%）、过氧化氢（30%）、浓硫酸（98%）和刚果红染料（最大浓度497 nm）。Hi-media公司提供了高锰酸钾（99%），Thomas Baker公司提供了99%的干燥罗望子粉（呈棕色）。此外还使用了99%的石墨粉。
X射线衍射分析
氧化石墨烯（GO）的XRD图谱在2θ = 13.58°处显示峰值，证明其已成功合成（图3a）[29],[30]。在MTKP中，2θ = 20.98°处的明显衍射峰表明其已磁化（图3b）。2θ = 35.36°、43.34°和53.2°处的峰对应于Fe3O4，说明MTKP已成功磁化（图3c）。纯Fe3O4的XRD图谱也显示相同峰位（图3c）。
吸附实验
通过改变操作参数（如pH值、刚果红染料浓度（6–10 mg/L）、温度（27–40 °C）及吸附时间（5–25 min），研究了刚果红染料在MTKP和MTKP-GO上的吸附效果。实验使用控温摇床进行。将4 mg的MTKP或MTKP-GO与10 mL的刚果红染料溶液混合于100 mL锥形烧瓶中。
结论
为了从受污染的水中去除有害染料，我们使用了天然、廉价且易于获取的罗望子仁粉来制备两种新型纳米复合材料MTKP和MTKP-GO，并通过批量吸附实验比较了它们的去除效率。研究结果表明，这两种材料作为低成本且高效的吸附剂，在选择性去除刚果红染料方面具有良好潜力。
作者贡献
S.H.和S.K.对本文的撰写贡献均等。S.H.、S.K.、N.、R.M.和S.L.负责实验操作，S.K.、N.、R.M.和S.L.负责数据分析和初稿撰写，S.H.、S.K.、A.N.、A.S.、M.V.、S.R.和G.G.参与手稿修订和审阅，G.G.和L.S.指导了整个研究过程。所有作者均同意发表的最终版本。
未引用的参考文献
[41]
利益声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢德里大学阿查里亚·纳伦德拉·德夫学院和德里大学斯尔·文卡特斯瓦拉学院的院长们的持续合作与指导，同时感谢诺伊达阿米蒂大学阿米蒂应用科学学院的支持。本研究得到了印度政府DBT计划的支持。
利益冲突
作者声明没有可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
