结构–性能关系导向的矿物与木质纤维素填料增强海藻酸盐杂化水凝胶对罗丹明B的吸附研究

《Gels》：Sustainable Hybrid Alginate Hydrogels with Mineral and Lignocellulosic Fillers: Structure–Property Relationships and Rhodamine B Adsorption

　　

含矿物与木质纤维素填料的可持续海藻酸盐杂化水凝胶：结构–性能关系及罗丹明B吸附

杂化海藻酸盐水凝胶为整合生物聚合物网络的结构特性与无机及生物质衍生填料的功能性提供了通用平台。本研究采用离子otropic凝胶化（ionotropic gelation）制备了分别引入热处理膨润土（bentonite）、橄榄渣（olive pomace）或硫酸盐木质素（kraft lignin）的海藻酸钙水凝胶，以考察填料种类对水凝胶性质及罗丹明B（Rhodamine B, RhB）吸附行为的影响。采用傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR）、扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）、Brunauer–Emmett–Teller（BET）比表面积分析及零电荷点（point of zero charge, pH_pzc）测定对杂化材料进行表征。通过动力学、平衡、pH、离子强度及再生研究评价其吸附行为。尽管干态下测得的N₂可及比表面积很低，水凝胶仍表现出显著不同的吸附性能，表明仅凭干态BET比表面积不足以解释RhB的吸附量，并凸显了填料化学性质、表面电荷特征及水合网络内吸附域可及性的重要性。吸附动力学更符合准二级（pseudo-second-order）模型，而颗粒内扩散（intraparticle diffusion）分析表明存在多步传质过程。平衡数据在经验上可由Langmuir模型良好描述，拟合的最大吸附容量为12.4至212.7 mg·g^?1。含膨润土的水凝胶表现出最高容量，顺序为AB110 > AB200 > AB400。提高膨润土热处理温度降低了拟合最大吸附容量，同时提高了Langmuir亲和参数，揭示了容量–亲和力权衡（capacity–affinity trade-off）。木质纤维素填料形成较低容量的吸附体系，具有不同的表观亲和力及对溶液条件的响应。经五次吸附–脱附循环后，含膨润土和木质素的水凝胶保留了其初始吸附性能的80%以上，而含橄榄渣的配方保留了约70%。总体而言，结果表明将化学性质不同的矿物与木质纤维素填料引入共同的藻酸钙网络，是调控杂化水凝胶结构–性能–吸附关系及可重复使用性的有效策略，支持其进一步开发为用于水修复应用的可持续吸附材料。

研究背景：合成染料废水（来自纺织、造纸、化妆品、印刷和制药等行业）是重要环境问题，许多合成染料抗生物降解，可持久存在于水生环境，降低光穿透与光合活性，部分染料及其降解产物具有毒性、致突变和致癌效应。罗丹明B（Rhodamine B, RhB）因水溶性高、抗生物降解而被广泛研究去除。现有处理技术（膜过滤、混凝–絮凝、高级氧化、光催化、电化学、生物处理）虽可高效去除，但受运行成本、能耗、污泥产生、膜污染或复杂废水效率降低等限制；吸附因操作简单、适用广、易集成和运行成本较低而具吸引力。海藻酸盐（alginate）因可再生、生物相容、羧基丰富及在温和水相条件下与Ca²⁺等二价阳离子离子交联形成三维网络的能力，成为功能水凝胶的通用生物聚合物。将功能填料引入海藻酸盐水凝胶可调控微观结构、表面化学、电荷特征、吸附位点可及性及与溶解污染物的相互作用。然而，现有藻酸盐基杂化吸附剂研究多集中于单一改性剂或单一类填料，将无机与木质纤维素填料引入同一水凝胶基质并在等效合成程序与相同实验条件下直接比较的研究相对匮乏，填料化学性质如何控制藻酸盐基杂化水凝胶结构–性能–吸附关系尚不充分。水合聚合物网络中的吸附性能不能仅由传统干态表面性质解释，填料化学、水凝胶微结构、表面电荷、吸附域可及性及通过水合网络的传质可能共同决定吸附行为。因此，本研究制备一系列引入热活化膨润土、硫酸盐木质素和橄榄渣的杂化藻酸钙水凝胶，系统考察无机与木质纤维素填料对水凝胶性质及RhB吸附的影响。所有材料采用相同离子otropic凝胶化方法制备并在相同实验条件下评价，以直接比较其理化特性与吸附行为。通过FTIR、SEM、BET比表面积分析及pH_pzc测定表征杂化水凝胶，并通过动力学与平衡吸附实验及pH、离子强度和吸附–脱附循环研究评价其功能性能。通过关联填料组成和水凝胶特征与吸附容量、亲和力、传质行为及可重复使用性，旨在建立可指导可持续藻酸盐基杂化水凝胶设计的结构–性能–吸附关系。

关键技术方法：研究人员采用Ca²⁺诱导离子otropic凝胶化制备杂化藻酸钙水凝胶，填料为经110、200或400 °C热处理24 h的膨润土、橄榄渣或硫酸盐木质素，填料含量为80或90 wt.%，藻酸盐为中等黏度海藻酸钠，交联剂为CaCl₂·2H₂O。采用FTIR（KBr压片法，4000–400 cm^?1，分辨率4 cm^?1，32次累加扫描）表征化学特征；采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察干态外部与截面形貌；采用N₂吸附–脱附（77 K）按BET法测定干态比表面积；采用pH漂移法测定pH_pzc。批量吸附实验以0.25 g材料与25 mL RhB溶液在150 rpm、25 ± 1 °C下振荡，用紫外–可见分光光度计于554 nm测定残留RhB浓度；动力学采用50 mg·L^?1初始浓度并以准一级（PFO）、准二级（PSO）和Weber–Morris颗粒内扩散模型分析；平衡实验对AB系列采用10–1000 mg·L^?1、对AOP和AL系列采用10–200 mg·L^?1初始浓度并以非线性Langmuir和Freundlich模型分析；考察初始pH 3、5、7、9及NaCl浓度0.01、0.05、0.10、0.50 M的影响；以乙醇/0.1 M NaCl溶液（1:1, v/v）再生并进行五次吸附–脱附循环。橄榄渣来源于西班牙Almería当地橄榄油厂（Felix S.C.A.），硫酸盐木质素为Indulin AT（MeadWestvaco Corporation），膨润土为商业产品（Merck Life Science S.L.）。

研究结果：

2.1 杂化水凝胶的理化表征
2.1.1 FTIR分析：所有配方均显示钙交联藻酸盐的特征吸收带及所引入膨润土、橄榄渣或硫酸盐木质素的振动特征，证实藻酸盐基质与相应填料共存；未观察到新吸收带或特征信号的显著位移，表明离子otropic凝胶化保留了各组分主要化学功能基团，无新共价键形成的证据，杂化材料形成与非共价相互作用（如氢键和静电相互作用）参与的界面缔合相一致。
2.1.2 SEM形貌：所有配方干燥后保持藻酸钙基质整体完整性，但表面与内部形貌随填料性质明显不同。含膨润土水凝胶（AB110、AB200、AB400）呈相对致密结构，矿物域分布于藻酸盐基质中，截面显示局部微孔和结构不规则，形成异质有机–无机微结构；现有图像不足以建立膨润土热处理温度与结构致密性或均匀性之间的系统关系。含橄榄渣材料（AOP80、AOP90）形态异质性最高，不规则木质纤维素碎片嵌入藻酸盐基质，颗粒间空隙与不连续分布。含木质素水凝胶（AL80、AL90）内部形貌相对更均匀，木质素分布更均匀，无明显大团聚体。AL90外部图像显示中心凹陷呈甜甜圈状，可能为珠形成或干燥过程中的偶然形态不规则。SEM表征在干燥样品上进行，所观察形貌为干态结构，不应视为吸附时水合溶胀条件下水凝胶网络的直接代表。
2.1.3 BET比表面积分析：含膨润土材料N₂可及比表面积很低，AB110、AB200、AB400分别为0.1777、0.0541、0.1420 m²·g^?1；含橄榄渣和木质素水凝胶在所用实验条件下无法确定可靠BET值，记为未测定（n.d.）。原始填料BET比表面积分别为：110、200、400 °C热处理膨润土89.05、93.43、89.80 m²·g^?1，橄榄渣1.04 m²·g^?1，硫酸盐木质素1.42 m²·g^?1。将热处理膨润土引入藻酸盐基质导致氮可及比表面积显著降低，相对原始矿物填料表观降低超过99%。AB系列低BET值与干态77 K下有限的可及表面积一致；膨润土热处理温度与BET比表面积之间无单调关系（AB110至AB200降低，AB400又升高）。BET测量在干燥脱气样品上进行，而RhB吸附在水溶液中进行；干燥可能引起藻酸盐网络收缩或重排，降低内部域对氮分子的可及性，而水合和可能溶胀可改变聚合物链间距并促进RhB向吸附位点渗透。BET比表面积顺序（AB110 > AB400 > AB200）与Langmuir最大吸附容量顺序（AB110 > AB200 > AB400）不同，表明干态N₂可及比表面积本身不足以描述这些杂化水凝胶的RhB吸附性能。
2.1.4 零电荷点（pH_pzc）：含膨润土水凝胶pH_pzc较高，AB110、AB200、AB400分别为7.6、8.4、7.0，表明膨润土热处理影响杂化材料酸碱特征；AB200最高，进一步升温至400 °C降至7.0。含木质纤维素水凝胶pH_pzc显著较低，AOP80、AOP90分别为5.6、5.7，AL80、AL90分别为5.5、4.7，与橄榄渣和硫酸盐木质素含氧官能团（羧基、酚羟基、羟基）一致。AB系列pH_pzc接近中性或偏碱性，AOP和AL系列偏酸性，与FTIR识别的不同化学环境一致，表明填料选择可有效改变藻酸盐基杂化材料的酸碱和电荷特征。AB110和AB200的pH_pzc高于中性pH，表明其较高RhB吸附不能仅用负电表面与阳离子染料间的静电吸引解释。

2.2 吸附性能
2.2.1 吸附动力学：所有配方动力学曲线相似，初始阶段RhB摄取较快，随后速率逐渐降低，约100–120 h达平衡。初始较快摄取与初始高浓度梯度及实验初期未占据吸附位点较多一致；较长平衡时间与珠的宏观尺寸及RhB从本体溶液向再水合材料内部吸附位点传输的需要一致，传输可涉及外部液膜边界层传质和水合聚合物基质内扩散等连续过程。PSO模型对所有配方的经验描述优于PFO，R²为0.969–0.994（PFO为0.896–0.955），PSO估算平衡吸附容量与实验值更接近。AB系列中PSO平衡吸附容量从AB110的3.226 mg·g^?1增至AB400的4.747 mg·g^?1，k₂从0.063增至0.096 g·mg^?1·h^?1；这些q_e值对应单一初始RhB浓度（C₀ = 50 mg·L^?1）下的吸附，不应解释为最大吸附容量。含木质纤维素水凝胶PSO估算q_e为4.051–4.806 mg·g^?1，k₂一般低于含膨润土材料。Weber–Morris颗粒内扩散图对所有配方显示两个可区分线性区域，第一区域表观扩散常数（k_id,1）较高，第二区域（k_id,2）显著较低，与初始较快传质随后RhB深入再水合材料并接近平衡的较慢阶段一致；各线性区域均不通过原点（截距C非零），表明颗粒内扩散并非唯一控制总吸附速率的过程，外部边界层阻力也可能参与。含膨润土水凝胶第一阶k_id一般高于含木质纤维素材料。总体而言，RhB吸附涉及吸附与传质现象的组合，PSO在所用动力学模型中提供最佳经验描述，Weber–Morris分析表明多于一个传输机制参与且颗粒内扩散非唯一速率控制过程。
2.2.2 吸附等温线：所有配方平衡吸附容量（q_e）随平衡RhB浓度（C_e）增加而增加，但等温线形状和容量随填料明显不同。低平衡浓度下q_e初始陡增，与大量吸附域未占据时有利摄取一致；随C_e增加，容量增加逐渐减弱，含膨润土水凝胶尤为明显。按Giles等分类，观察曲线为L型等温线，一般与溶液中有利吸附相关。含膨润土材料在高平衡浓度下更趋于平台，与所研究浓度范围内吸附容量逐渐饱和一致；AOP和AL配方q_e随C_e变化更平缓，与木质纤维素填料化学异质性及不同相互作用环境吸附域的存在相容。Langmuir模型对平衡数据总体经验描述最佳，R²为0.975–0.998；最大吸附容量（q_m）强烈依赖填料种类，顺序为AB110（212.7）> AB200（201.7）> AB400（133.9）> AOP80（53.6）> AOP90（39.7）> AL80（16.9）> AL90（12.4 mg·g^?1）。AB系列q_m显著更高，表明膨润土引入对杂化水凝胶吸附容量有强烈影响；膨润土提供含负电位点和可交换阳离子的层状铝硅酸盐相，可促进阳离子物种摄取。AB系列内提高膨润土热处理温度使拟合q_m从212.7降至133.9 mg·g^?1，与热处理后膨润土相吸附容量逐渐降低一致。Langmuir亲和参数（K_L）呈相反趋势，从AB110的0.0014增至AB400的0.0104 L·mg^?1，即随热处理温度升高拟合最大容量降低而表观亲和力增加，形成容量–亲和力权衡；K_L应解释为模型依赖的亲和参数而非吸附能或相互作用强度的直接测量。含木质纤维素水凝胶拟合最大容量显著较低但K_L较高，尤其AL配方，表明在Langmuir表述中木质素材料在低平衡浓度下对RhB显示较高表观亲和力；木质素中酚羟基、羟基、甲氧基、羧基和芳香功能基提供可与RhB相互作用的多样化学环境。所有配方和浓度下Langmuir分离因子（R_L）均在0 < R_L < 1范围内，对应有利吸附；AL配方较低R_L值与其较高K_L一致。Freundlich模型也较好描述实验数据（R² = 0.892–0.996），所有配方1/n低于1，与所研究浓度范围内有利吸附一致；AB系列1/n为0.546–0.833，AL90最低（1/n = 0.215），AOP居中；1/n应视为等温线非线性经验描述而非表面异质性的直接定量测量。总体而言，填料种类明显影响吸附行为：膨润土引入产生最高吸附容量（AB110的Langmuir q_m达212.7 mg·g^?1），木质纤维素材料最大容量较低但尤其木质素表观亲和力较高；AB系列内随热处理温度升高出现容量–亲和力权衡（q_m降低、K_L升高），表明吸附容量和表观亲和力可通过填料选择和预处理独立调控。
2.2.3 pH和离子强度影响：RhB去除率随溶液pH从3升至7而显著增加，所有配方在pH 3时为45.2–58.4%，pH 7时增至84.0–93.0%；pH 9时略降但仍较高（78.1–88.1%）。pH 3–7间吸附增加与杂化材料中含氧官能团质子化状态逐渐改变一致：羧基、羟基和酚羟基随pH升高逐渐去质子化，增加吸附域负电性，有利于与阳离子RhB物种相互作用；这与pH_pzc结果大体一致，尤其AOP和AL配方（pH_pzc 4.7–5.7）。然而，AB110和AB200虽pH_pzc分别为7.6和8.4，仍显示较高去除效率，其吸附行为不能仅用负电吸附域与阳离子RhB的静电吸引解释；膨润土中RhB与可交换阳离子的可能阳离子交换及藻酸盐基质含氧官能团的氢键也可能参与。所有配方尽管pH_pzc不同但pH依赖趋势相似，表明RhB去除并非仅由水凝胶净表面电荷决定；所有材料共享含氧官能团的钙交联藻酸盐基质，可能贡献共同pH响应；局部吸附位点特征及膨润土的离子交换、木质纤维素配方的氢键等附加相互作用可独立于总体pH_pzc参与RhB摄取。pH 9时去除率略降可能与功能基团电离状态及RhB水相行为变化、碱性条件下溶液物种竞争有关。在所研究pH范围内AB400去除效率最高，AOP配方一般最低；该结果应与平衡等温线最大吸附容量区分，pH实验在固定RhB浓度下进行，反映该特定条件下吸附性能而非饱和容量，故AB400高去除效率与AB110显著更高的Langmuir q_m并不矛盾。离子强度方面，NaCl浓度从0.01增至0.50 M时所有配方RhB去除率逐渐降低，表明水相离子组成影响染料吸附。AOP配方降幅最大（约24%），AL水凝胶最小（约16%），含膨润土材料居中（约17–19%）。NaCl浓度增加降低吸附与静电相互作用对RhB摄取的贡献一致：增加电解质浓度可屏蔽带电吸附域与RhB间静电相互作用，并引入Na⁺与阳离子染料对负电位点的竞争。AOP水凝胶较大降幅与所研究条件下相对更强的离子相互作用依赖一致；AL配方较低敏感性表明受电解质浓度影响较小的相互作用（考虑木质素芳香和含氧官能团，氢键和π–π相互作用为可能贡献）也有相关贡献；含膨润土水凝胶中等敏感性与其多种相互作用（除静电外，层状铝硅酸盐相交换性质）参与一致。pH和离子强度综合结果表明电荷相关相互作用对RhB吸附有重要贡献但不足以解释配方间差异；填料种类既改变材料酸碱特征也改变其对电解质浓度的敏感性，表明RhB摄取是表面电荷、填料化学、位点可及性和传质过程的综合影响。

2.3 再生与可重复使用性：采用乙醇/0.1 M NaCl溶液（1:1, v/v）再生，经五次连续吸附–脱附循环，所有配方保持可回收和可重复使用，但RhB去除效率随填料种类逐渐下降。含膨润土水凝胶五次循环后保留初始去除效率的81.8–86.2%，AB400保留最高（86.2%）；含木质素配方保留84.0%（AL80）和81.7%（AL90）；含橄榄渣水凝胶损失较大，保留71.8%（AOP80）和70.4%（AOP90）。再生实验在初始RhB浓度50 mg·L^?1下进行而非平衡等温线的饱和条件，故保留值（RE₅/RE₁ × 100）描述固定实验条件下去除效率的保持，不应直接与Langmuir最大吸附容量比较；吸附容量与性能保持的不同趋势表明评价杂化水凝胶实用潜力时须分别考虑这些性质。总体而言，含膨润土和木质素水凝胶性能保持优于含橄榄渣配方，凸显填料种类对所研究再生条件下可重复使用性的影响。

2.4 结构–性能–吸附关系与提出机制：综合表征和吸附结果表明，RhB摄取取决于填料化学、表面电荷特征、吸附位点可及性及通过水合聚合物网络的传质，这些因素因所引入矿物或木质纤维素填料不同而贡献不同。FTIR证实藻酸盐和填料特定功能基存在，无明显可检测新共价键证据，提示非共价相互作用可能参与杂化材料组织。SEM揭示不同干态微结构：含膨润土水凝胶相对致密，含橄榄渣材料为含不规则碎片的异质结构，含木质素配方填料分布更均匀；这些观察不能直接外推至吸附时水合状态。含膨润土水凝胶极低N₂可及BET比表面积与其最大RhB吸附容量不相关，而AOP和AL配方无法获得可靠BET值；这一表观差异反映干态织构表征解释水相吸附的局限性，水合和可能溶胀可改变内部吸附域可及性并促进染料通过聚合物网络传输，但因未独立表征溶胀和水合态微结构，其具体贡献仍不确定。表面电荷特征提供进一步认识：含膨润土水凝胶pH_pzc为7.0–8.4，木质纤维素配方为4.7–5.7；pH 3–7间RhB吸附增加及NaCl浓度从0.01增至0.50 M时吸附降低支持电荷相关相互作用参与，但AB110和AB200的吸附行为不能仅由pH_pzc推断的净表面电荷解释，表明附加相互作用参与RhB保留。动力学和平衡结果支持该解释：PSO模型提供最佳经验描述，Weber–Morris分析揭示两个传输机制且截距非零，表明颗粒内扩散非唯一速率控制过程，与外部传质和水合水凝胶网络内扩散共同影响一致，但无法定量各自贡献。平衡吸附强烈依赖填料种类：含膨润土水凝胶Langmuir最大吸附容量最高（AB110 > AB200 > AB400），提高膨润土热处理温度使拟合最大容量从212.7降至133.9 mg·g^?1而表观亲和参数K_L从0.0014增至0.0104 L·mg^?1，该容量–亲和力权衡提示热处理改变吸附位点分布或可及性，但具体结构变化无法仅由吸附数据确定。所提出吸附机制因填料种类而涉及不同贡献：含膨润土水凝胶中，带电铝硅酸盐骨架和可交换阳离子相关的静电相互作用和离子交换为RhB摄取的合理贡献者，可帮助解释其低干态BET比表面积下的较高吸附容量；含木质素水凝胶中，酚羟基、羟基、甲氧基和芳香功能基提供潜在吸附域，氢键和涉及芳香结构的相互作用（包括π–π相互作用）可与电荷相关相互作用共同参与，其RhB吸附对离子强度相对较弱依赖与受静电屏蔽影响较小的相互作用贡献一致，但这些具体机制未被直接证实；含橄榄渣水凝胶吸附容量居中且对离子强度更敏感，其异质木质纤维素组成提供可参与RhB吸附的含氧官能团，电解质敏感性提示电荷相关相互作用贡献相对重要，氢键和其他填料依赖相互作用也可能发生，其相对贡献无法由现有实验证据区分。钙交联藻酸盐基质本身也可通过其羧基和羟基参与静电相互作用和氢键而贡献RhB吸附，故杂化水凝胶吸附行为应视为藻酸盐基质与所引入填料共同贡献；但因本研究未单独评价未改性藻酸钙珠，其单独贡献无法定量，所报道吸附容量不应解释为仅来自填料。再生结果进一步表明填料种类对材料性能的影响：五次循环后含膨润土和木质素水凝胶保留约82–86%初始去除效率，含橄榄渣配方为70–72%，但这些结果不确立各分子相互作用的可逆性或特定吸附位点的稳定性。总体而言，杂化水凝胶的RhB吸附最好解释为电荷相关和填料依赖非静电相互作用与水合藻酸盐网络传质的综合结果，这些贡献的相对重要性取决于填料种类及含膨润土配方的热处理。

2.5 比较性能与实际考虑：与文献代表性吸附剂比较，含膨润土水凝胶Langmuir最大吸附容量最高（AB110、AB200、AB400分别为212.7、201.7、133.9 mg·g^?1），超过表中若干吸附剂，尽管其他工程复合材料达到更高值；含橄榄渣和木质素配方容量较低。最大容量本身不能完全描述吸附剂性能，表观亲和力、吸附动力学和可重复使用性也随填料种类变化。材料在水介质中经钙诱导离子otropic凝胶化制备，无额外共价交联或多步化学功能化；该共同制备路线允许通过填料选择和膨润土热处理调控吸附性能。AB系列内提高处理温度降低拟合最大容量而提高Langmuir亲和参数，表明容量–亲和力权衡；含木质素水凝胶结合较低最大容量与相对较高表观亲和力，五次循环后保留约82–84%初始去除效率；含橄榄渣配方容量居中但性能保持较低（约70–72%）。因此最合适配方取决于特定应用对容量、亲和力和可重复使用性的相对重视。使用可再生藻酸盐、丰富膨润土及橄榄渣和硫酸盐木质素等工业副产品为资源高效材料开发和生物质增值提供机会，但整个制备、吸附和再生过程的环境与经济效益尚待通过生命周期、能耗和成本评估确定。实际应用前须考虑若干局限：吸附实验在受控批次条件下用合成RhB溶液进行，而工业废水可能含竞争染料、无机离子和溶解有机物；连续流性能、固定床操作、长期机械稳定性和大规模再生未研究。另一考虑是达吸附平衡所需时间较长（约100–120 h），但实验动力学数据显示约48 h后水凝胶已达120 h测得吸附量的86–96%（取决于配方），故在完全平衡前已发生大量RhB摄取，尽管约48 h接触时间对常规废水处理仍相对较长，改善吸附动力学和评价较短接触时间性能是重要优先事项。结构表征也存在局限：SEM和N₂吸附测量在干燥材料上进行而RhB吸附在水溶液中进行，干燥可能改变聚合物网络和内部域可及性，干态形貌和BET比表面积不能直接外推至吸附条件；表征水合水凝胶（包括定量溶胀测量）有助于阐明网络结构、溶质传输和吸附性能间关系。未来工作应在真实或模拟废水、多组分污染物系统及连续流或固定床配置中评价最有前景配方，同时评估运行条件下机械稳定性和再生；将吸附研究扩展至其他染料和新兴污染物也有助于确立所观察结构–性能–吸附关系的更广泛适用性。总体而言，比较凸显钙交联藻酸盐水凝胶作为通用平台的潜力，其吸附性能可通过矿物或木质纤维素填料选择调控，但需进一步优化和在真实运行条件下验证以确定其废水处理实际适用性。

讨论与结论：研究人员通过离子otropic凝胶化成功制备了引入热处理膨润土、橄榄渣和硫酸盐木质素的杂化藻酸钙水凝胶。比较结果表明填料种类强烈影响这些材料的理化性质、吸附行为和可重复使用性。含膨润土水凝胶Langmuir最大吸附容量最高，AB110达212.7 mg·g^?1；提高膨润土热处理温度降低拟合最大容量而提高表观亲和参数，揭示容量–亲和力权衡；含橄榄渣和木质素水凝胶容量较低但吸附特征不同。RhB吸附取决于填料化学、表面电荷特征、吸附位点可及性和传质的共同影响。干态测得低BET比表面积与水中吸附容量不直接相关，凸显干态表征描述水合水凝胶的局限性。pH和离子强度结果支持电荷相关相互作用参与，以及离子交换、氢键和涉及芳香域相互作用等可能的填料依赖贡献。吸附动力学经验上最佳由准二级模型描述，Weber–Morris分析表明多个传质机制。五次吸附–脱附循环后，含膨润土和木质素水凝胶保留约82–86%初始去除效率，含橄榄渣配方为70–72%，表明最大吸附容量和可重复使用性是可通过填料选择调控的不同性能标准。总体而言，结果建立了设计含矿物和生物质衍生填料的杂化藻酸盐吸附剂的结构–性能–吸附框架；然而，相对较长的吸附时间和缺乏水合态结构表征限制了对其实用性能的评估。未来研究应考察溶胀行为、较短接触时间下的吸附动力学及复杂废水基质和连续流系统中的性能，以评价其用于水修复应用的适用性。