基于杨树叶多糖-L-组氨酸生物纳米复合材料吸附去除结晶紫染料的实验与理论研究

《International Journal of Environmental Analytical Chemistry》：Application of L-histidine @ polysaccharide-based bio-nanocomposites derived from leaves of populus tree for amputation of crystal violet dye: an experimental, theoretical and DFT simulation approach

　　本研究针对结晶紫(CV)染料污染问题，通过实验与理论计算相结合的方法，系统探讨了杨树叶衍生的L-组氨酸@生物纳米复合材料在粉尘(PLSDH)和炭质(PLSCH)形态下对CV的高效吸附性能。研究证实该吸附过程符合Langmuir模型和准一级动力学，且为吸热反应，最高吸附容量分别达210.91 mg/g和222.7 mg/g。该研究为新型生物吸附剂的开发提供了重要理论依据。

　　

通过将L-组氨酸与杨树叶提取的多糖基生物纳米复合材料复合，研究人员开发出粉尘状(PLSDH)和炭状(PLSCH)两种形态的吸附剂，用于去除水溶液中的结晶紫(CV)染料。采用批次吸附实验系统探究了初始染料浓度(20–350 mg/L)、吸附剂用量(0.05–0.5 g/100 mL)、溶液pH值(2–12)、接触时间(10–150 min)和温度(283.15–323.15 K)等参数的影响。实验数据更符合Langmuir等温模型，吸附动力学遵循准一级动力学方程。值得注意的是，吸附过程呈现吸热特性，温度升高有利于吸附进行。通过响应面法优化得到最佳条件：初始浓度300 mg/L、吸附剂用量0.1 g、pH 8，此时PLSDH和PLSCH的预测吸附容量分别达到192.25 mg/g和210.90 mg/g，与实测值(210.91 mg/g和222.7 mg/g)高度吻合。理论计算进一步揭示，吸附剂表面富含电子(亲核位点)，而染料分子存在缺电子区域(亲电位点)，Fukui函数分析与前线分子轨道理论计算结果相互印证，从电子层面阐释了吸附机制。