从水溶液中有效去除靛蓝染料到纤维素/聚乙烯醇/凹土复合材料上

《Scientific Reports》：Effective removal of Indigo Carmine dye from aqueous solution onto Cellulose/Polyvinyl Alcohol/Attapulgite composite

　　

摘要

靛蓝染料被引入水环境后，会对人类健康和海洋生态系统造成严重威胁。这促使人们迫切需要研发高效、廉价且环保的吸附剂，以去除纺织废水中的有害染料。通过使用纤维素/聚乙烯醇/凹凸棒石复合材料，在批量吸附实验中成功找到了去除靛蓝染料的创新方法。研究采用因子设计统计分析法，评估了靛蓝染液初始浓度、接触时间、pH值以及吸附剂用量等不同因素的影响。该方法有助于建立预测性数学模型，明确这些因素之间的关联。方差分析结果显示，所建立的响应面模型及其各单项在决定吸附效率方面具有统计学显著性。吸附过程符合朗缪尔模型和杜比宁-拉杜什凯维奇模型。该复合材料的最大吸附容量为143.9毫克/克，具备较高的吸附效率，有望用于实际规模的净化系统。其动力学数据与伪二级反应模型及颗粒内扩散模型结果相吻合。计算得到的热力学参数（ΔG在-16.7至18.0千焦/摩尔之间，ΔH为-21.2千焦/摩尔，ΔS为-11.8焦耳/摩尔·开尔文）表明吸附过程是自发的、放热的，同时溶液与吸附剂界面处的随机性也有所降低。光谱数据和动力学分析表明，吸附主要是通过复合材料成分中的功能基团与靛蓝染料分子之间的氢键、偶极-偶极作用以及π-π相互作用实现的。反复进行的吸附-解吸试验显示，即使经过五次循环使用，该复合材料的吸附效率仍可保持在65%左右。总体而言，这种纤维素/聚乙烯醇/凹凸棒石复合材料为处理含有染料污染物的纺织工业废水提供了一种可行的解决方案。