《Separation and Purification Technology》：Adsorptive removal of dyes and heavy metal ions from water using a one-dimensional Fe
3O
4@SiO
2-NH
2@sodium dodecyl sulfate composite
编辑推荐：
•1D Fe3O4@SiO2-NH2@SDS (FSNS)吸附剂具有良好的磁性分离性能和丰富的活性位点。•吸附动力学研究表明，伪二级模型拟合良好，表明化学吸附是限制步骤。•热力学分析表明，所有污染物的吸附都是自发的并且是吸热的。•经过五个循环后，FSNS复合材料的去除效率仍保持在
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1D Fe3O4@SiO2-NH2@SDS (FSNS)吸附剂具有良好的磁性分离性能和丰富的活性位点。
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吸附动力学研究表明，伪二级模型拟合良好，表明化学吸附是限制步骤。
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热力学分析表明，所有污染物的吸附都是自发的并且是吸热的。
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经过五个循环后，FSNS复合材料的去除效率仍保持在80%以上，即使在受墨水污染的河水中也是如此。
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FSNS的高效去除效果源于多种协同作用：静电吸引、π-π堆积、氢键作用和表面配位。
引言
水资源短缺和污染已成为全球性的环境危机，威胁着生态安全和人类健康，工业废水中的染料和重金属离子的共存成为一个关键挑战。纺织印染、电镀、皮革鞣制和冶金等行业排放大量含有合成染料和有毒重金属离子（如Cr6+、Cd2+、Pb2+、Mn (VII)）的废水，这些污染物具有高毒性、低生物降解性和强生物累积性[1]。与单一污染物不同，染料和重金属离子之间的协同作用增强了它们在水环境中的稳定性，使得传统处理技术效率低下，难以满足日益严格的环境标准[2],[3]。合成染料在工业生产中广泛使用，具有复杂的芳香结构，不易被微生物降解。大多数合成染料（包括偶氮染料、蒽醌类和三苯甲基化合物）及其分解产物都具有毒性，具有致癌、致畸和突变作用。通过食物链传递，这些污染物对水生生物造成严重损害，最终危及人类健康[4],[5]。以Mn (VII)为例，高锰酸盐在水处理行业中广泛应用，水体中残留的高锰酸盐存在潜在的生态风险。此外，作为一种典型的高价无机氧阴离子污染物，它有助于研究复合吸附剂对阴离子污染物的去除行为，补充了对阳离子染料吸附的研究。这两种污染物的共存进一步复杂化了水处理过程，因为染料分子可能会与重金属离子形成复合物，降低传统方法的去除效率[7],[8]。
目前处理含染料和重金属污染的水的技术大致可以分为物理、化学和生物处理方法。物理方法如膜过滤和沉淀操作简单，但能耗高、易造成膜污染和二次污染。化学氧化和混凝可以分解染料并沉淀重金属，但需要大量化学试剂并产生危险污泥[9]。生物处理依靠微生物代谢，环保效果好，但对操作条件（如温度、pH值）要求严格，且对高浓度污染物的耐受性低，限制了其在工业废水处理中的应用[10]。吸附作为一种有前景的技术，因其高效率、操作简便、成本低和二次污染少而受到关注。吸附剂的性能是吸附效果的关键，近期研究致力于开发具有巨大比表面积、丰富活性位点和优异结合亲和力的先进吸附材料。多种吸附剂（如金属有机框架（MOFs）、层状双氢氧化物（LDHs）、生物质衍生材料和碳基纳米材料）因其优异的吸附能力而被广泛研究[11],[12]。然而，仍存在挑战：大多数先进吸附剂（如MOFs）合成过程复杂且成本高昂，限制了其大规模工业应用；在复杂废水系统中的选择性吸附性能仍有不足；染料和重金属离子协同吸附的机制尚未充分理解。
为了克服传统吸附剂在同时去除有机染料和重金属离子方面的固有局限性，合理设计多功能吸附界面成为重要研究方向。磁铁矿（Fe3O4）作为一种环保的磁性材料，既能快速实现磁性分离又可回收利用，同时提供丰富的表面羟基团和金属氧化物活性位点用于污染物结合。然而，Fe3O4纳米颗粒的直接使用受到其聚集倾向和表面功能有限的阻碍。为解决这些问题，引入了二氧化硅涂层和氨基功能化，构建了稳定的核壳结构。SiO2层有效抑制了纳米颗粒聚集，提高了结构稳定性，并为进一步表面修饰提供了多功能平台。接枝的氨基团（?NH2）成为潜在的相互作用位点。进一步用十二烷基硫酸钠（SDS）进行表面修饰，引入了带负电荷的硫酸基团和疏水域，可能通过静电吸引和疏水作用有助于阳离子染料的吸附；这些作用是合理的界面相互作用，而非独立验证的分子机制。Fe3O4、SiO2-NH2和SDS的结合形成了一个能够同时捕获染料和重金属离子的协同多功能吸附系统。
在本研究中，通过简单且可扩展的策略（包括水热合成、二氧化硅涂层、氨基功能化和SDS修饰）成功制备了1D链状Fe3O4@SiO2-NH2@SDS (FSNS)复合吸附剂。独特的1D结构有效抑制了Fe3O4纳米颗粒的聚集，增加了比表面积，并暴露了更多的活性位点。使用四种代表性阳离子染料（甲基蓝MB、孔雀石绿MG、结晶紫CV和罗丹明B RhB）以及锰离子（Mn (VII)）系统评估了该材料的吸附性能。还通过对接触时间、初始污染物浓度、pH值和温度的影响进行了系统研究，并通过动力学、等温线和热力学研究解释了吸附机制。此外，还评估了吸附剂的再生能力和重复使用性。结果表明，合成的1D复合材料表现出高吸附容量、优异的磁性分离性能和良好的循环稳定性。这类高性能磁性复合吸附剂的制备引起了广泛的研究关注，本研究既提供了理论见解，也具有实际指导意义，突显了它们在处理同时含有有机染料和重金属离子的复杂工业废水中的应用前景。
部分摘要
材料表征
图1展示了1D FSNS复合材料的合成路线。首先通过简单的水热法制备氧化铁，然后在1D链状Fe3O4上采用St?ber方法（基于共沉淀和溶胶-凝胶反应）制备了致密的二氧化硅层，从而构建了核壳结构的FS复合材料。二氧化硅外壳具有优异的化学惰性和丰富的表面羟基团，可以
结论
本研究通过水热法、氨基功能化和表面修饰成功合成了高效率的1D FSNS复合材料。系统研究了影响吸附性能的多个关键参数。在所研究的条件下，四种染料和Mn(VII)的动力学数据更适合用伪二级模型描述；这一拟合结果并未被用于
Xuankai Zeng|Tianhang Yang|Mengjie Cai|Huimin Shu|Chuanfu Wang|Yong Ma|Tingxi Li
