定制新型纳米复合材料以高效去除水中结晶紫染料

《BMC Chemistry》：Tailored novel nanocomposites for advanced disposal of crystal violet dye from water

　　结晶紫是一种有毒的阳离子染料，由于其持久性、生物累积潜力以及已证实的细胞毒性和致癌作用，对水生生物和公众健康构成严重威胁。因此，高效去除污染水体中的该污染物仍然是亟待解决的环境挑战。本研究通过Pechini溶胶-凝胶法，分别在600°C和800°C下合成了一种新型SrCO?/ZnO/MgO/C和SrCO?/ZnO/MgO/Sr(OH)?(H?O)/C纳米复合材料，分别命名为SZM600和SZM800。选择两种煅烧温度旨在考察热处理如何调控相发育、结晶度、表面化学性质、孔结构、形貌和吸附性能。XRD确认了晶态氧化物和碳酸盐相的共存，SZM600的平均晶粒尺寸为69.38 nm，SZM800为81.72 nm，计算所得结晶度从76.4%增至84.8%。EDX、FE-SEM、HR-TEM以及BET/BJH分析表明，SZM600保留了更细的颗粒、略高的比表面积、较高的残余碳质贡献以及更多可及的表面区域，而SZM800在高温煅烧后表现出更强的结晶化、颗粒团聚和孔隙增大现象。利用ImageJ对经过标定的显微图像进行HR-TEM粒径分析，得到SZM600的平均颗粒直径为61.45 nm，SZM800为146.78 nm。吸附实验表明，SZM600的最大吸附容量为446.43 mg/g，SZM800为306.75 mg/g。SZM600的优越吸附性能归因于有利表面电荷、更细颗粒尺寸、较低的烧结程度、略高的可及比表面积、残余碳质贡献以及更多有效吸附位点可用性等多种效应的协同作用。热力学分析确认吸附过程为自发的放热过程，且主要受物理作用主导。动力学数据符合准一级动力学模型，而平衡数据最适合用Langmuir模型描述，表明在所研究的条件下，吸附质在有限数量且相对均匀的可及吸附位点上形成单层覆盖，但这并不意味着多相纳米复合材料表面具有完全的结构均一性。两种材料均表现出良好的酸处理再生性能，并在多次循环使用中保持高效。实际废水基质的应用验证表明，尽管存在竞争性离子的干扰，该纳米复合材料仍能有效去除染料，凸显了其在处理结晶紫污染废水中的实际应用潜力。