一种新型可持续 CMC/XG/KAO 生物聚合物 - 黏土复合水凝胶用于高效染料去除和水处理

《Scientific Reports》：A novel sustainable CMC/XG/KAO biopolymer–clay composite hydrogel for efficient dye removal and water treatment

　　

摘要

基于羧甲基纤维素 (CMC)、黄原胶 (XG) 和高岭土 (KAO) 的可持续生物聚合物粘土复合水凝胶，通过 Ca²? 离子交联成功合成，并评估了其从水溶液中去除阴离子橙 II (OII) 和阳离子孔雀石绿 (MG) 染料的能力。SEM、XRD、FTIR 和 EDX 的结构和形貌分析证实了具有强聚合物 - 粘土相互作用的多孔三维水凝胶网络的形成。912、756、700 和 537 cm^?1处的 FTIR 谱带证实了水凝胶基质中存在高岭土。研究了吸附剂用量、接触时间、初始染料浓度和溶液 pH 值对吸附性能的影响。该水凝胶对 MG 的吸附效率显著高于对 OII 的吸附效率，这归因于水凝胶基质中的带负电功能基团（–COO? 和–OH）与阳离子染料分子之间的强静电相互作用。观察到 MG 在 pH 12 下的最大去除效率约为 97.15%，OII 在 pH 2 下的最大去除效率为 85%。在 180 分钟内达到吸附平衡。等温线研究表明，MG 吸附遵循朗格缪尔模型，最大吸附容量为 90.09 mg/g，而 OII 吸附更适合用弗伦德利希模型解释，表明为非均匀多层吸附。根据动力学分析，准一级模型能更好地解释两种染料的吸附机制。此外，经过五次吸附 - 解吸循环后，水凝胶表现出良好的可重复使用性，性能损失极小。在 pH 值高于零电荷点 (pHPZC，≈6.0) 时，水凝胶表面带负电，从而对阳离子 MG 分子产生强静电吸引力。这些结果表明，CMC/XG/KAO 水凝胶作为一种有效、经济且环保的吸附剂，具有处理染料污染废水的潜力。