用于多组分染料体系选择性吸附的淡水丝状大型藻类功能化 LDH 生物复合材料

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Freshwater Filamentous Macroalgae-functionalized LDH Biocomposites for Selective Adsorption in Multicomponent Dye Systems

　　

摘要

淡水丝状大型藻类（SA）功能化层状双氢氧化物（LDH）生物复合材料通过共沉淀辅助水热法成功合成，使用 Zn/Al-LDH 和 Ni/Al-LDH 作为无机骨架。结构表征确认了 SA 生物质成功并入 LDH 结构，功能化后表面形貌和物理化学性质发生了显著变化。合成的生物复合材料应用于由阳离子和阴离子染料组成的多组分偶氮染料体系中的选择性吸附。选择性吸附研究表明，合成的生物复合材料对阳离子染料的亲和力强于阴离子染料。在研究的染料中，孔雀石绿（MG）显示出最高的吸附选择性，在多组分阳离子染料体系中，Zn/Al@SA 和 Ni/Al@SA 的去除效率分别达到 69.54% 和 84.53%，因此被选用于进一步的吸附研究。Zn/Al@SA 和 Ni/Al@SA 表现出增强的吸附性能，最大吸附容量分别为 64.52 和 100.00 mg/g。动力学和等温线研究表明，MG 吸附分别遵循准二级动力学和 Langmuir 模型，而热力学分析确认了该过程是自发的且吸热的。再生实验表明，经过五次再生循环后，Zn/Al@SA 和 Ni/Al@SA 保持了 85% 以上的吸附效率。FTIR 和 XPS 分析进一步揭示，吸附机制涉及包括静电吸引、氢键、表面络合和π–π相互作用在内的协同相互作用。合成的 SA 功能化 LDH 生物复合材料作为可持续吸附剂，在从复杂废水体系中选择性去除染料方面表现出广阔的应用潜力。

章节片段

引言

纺织、印刷、造纸、化妆品和制药行业的迅速扩张，显著增加了含染料废水排放到水环境中的量 [1], [2]。合成染料，包括偶氮、三苯甲烷、氧杂蒽和噻嗪染料，因其优异的着色性能、化学稳定性和成本效益而被广泛使用。然而，这些染料持续释放到水环境中引发了严重的环境

材料

丝状大型藻类（Spirogyra sp.）采集自印度尼西亚南苏门答腊省沛木鲁坦。分析纯的六水硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O）、六水硝酸镍（Ni(NO?)?·6H?O）、九水硝酸铝（Al(NO₃)₃·9H₂O）、氯化钠（NaCl）和氢氧化钠（NaOH）由默克公司供应。盐酸（HCl）购自 Mallinckrodt AR?（美国）。阳离子染料，包括亚甲基蓝（MB）、孔雀石绿（MG）和罗丹明 B（RB），以及阴离子

结构、官能团及热特性

使用 XRD、FTIR 和 TG-DTA 分析对合成材料的结构、官能团和热性质进行了研究，如图 1 所示。Zn/Al-LDH、Ni/Al-LDH、Zn/Al@SA 和 Ni/Al@SA 的 XRD 图谱如图 1(a) 所示。原始 LDH 材料表现出对应于典型水滑石型层状双氢氧化物结构的特征衍射峰。在低 2θ值处观察到的衍射峰，特别是围绕 (003) 和 (006) 晶面，

结论

Zn/Al@SA 和 Ni/Al@SA 生物复合材料成功合成，用于多组分偶氮染料体系中的选择性吸附。选择性吸附研究表明对阳离子染料有更高的亲和力，其中 MG 表现出最高的选择性，Zn/Al@SA 和 Ni/Al@SA 的去除效率分别为 69.54% 和 84.53%，因此被选用于进一步的吸附研究。吸附行为受溶液 pH 值和接触时间强烈影响，其中最佳吸附

CRediT 作者贡献声明

阿尔范·维查雅：写作 - 审阅与编辑，写作 - 原稿，可视化，软件，调查，形式分析。 莱拉·哈努姆：写作 - 审阅与编辑，监督，方法论。 埃尔达·梅尔维塔：写作 - 审阅与编辑，监督，方法论。 龟田知仁：写作 - 审阅与编辑，监督，资源。 阿尔德斯·莱沙尼亚：写作 - 审阅与编辑，监督，方法论，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。

致谢

作者衷心感谢斯里维贾亚大学的“无机材料和配位化合物研究中心”为本研究提供的研究支持、有益的科学讨论以及仪器分析方面的帮助。作者还要感谢东北大学的“上田实验室”，提供分析设备的使用权限。

阿尔范·维查雅|莱拉·哈努姆|埃尔达·梅尔维塔|龟田知仁|阿尔德斯·莱沙尼亚

环境科学博士项目，斯里维贾亚大学研究生院，印度尼西亚南苏门答腊省巨港，30139