基于叙利亚浮石的离子交换剂的制备与表征：用于铜(II)离子的吸附

《Scientific Reports》：Preparation and characterization of a Syrian pumice-based ion exchanger for copper (II) ion adsorption

　　

摘要

水体受到重金属污染，尤其是来自工业废水的铜（Cu(II)）污染，由于其毒性和不可生物降解性，对生态系统和人类健康构成了严重威胁。虽然吸附是一种被广泛认可的修复技术，但传统吸附剂（如活性炭和合成离子交换树脂）的高成本往往限制了其经济可行性。这一经济困境促使人们寻找来自丰富自然资源的可持续、低成本的替代材料。天然存在的浮石是一种具有固有孔隙结构的火山岩，由于其全球范围内的可获取性和低成本，成为了一个有前景的候选材料。然而，对相关文献的深入研究表明，原始浮石的吸附能力通常有限，这限制了其实际应用。此外，尽管一些研究探讨了通过化学活化来提高其性能的方法，但叙利亚浮石矿床的潜力仍尚未得到充分探索。目前缺乏系统的研究来探讨：(a) 一种高效且经济可行的化学改性方法；(b) 超出简单等温线拟合的更详细的吸附机制分析；以及(c> 与现有技术相比的严格经济评估。本研究通过开发一种由当地来源的叙利亚浮石合成的新型、经济高效的吸附剂，填补了这些关键空白，以实现Cu(II)离子的有效去除。通过简单的碱处理工艺，我们制备了一种氢氧化钠处理过的浮石（P_Na）离子交换剂。研究定量展示了其比表面积增加了18倍，并在多种操作条件下验证了该材料的卓越吸附性能。我们全面分析了吸附动力学、平衡等温线和热力学特性，以阐明其混合吸附机制。重要的是，该研究表明，所开发的P_Na材料性能与传统吸附剂相当，但生产成本降低了70-90%，从而证明了叙利亚浮石作为一种可持续且具有经济变革潜力的废水处理材料。