基于杨树叶生物纳米复合材料吸附去除结晶紫染料的生态修复研究

《International Journal of Environmental Analytical Chemistry》：Spatiotemporal distribution and ecological risks of metals in fluvial bottom sediments impacted by anthropogenic activities: a case study in Ho Chi Minh City, Vietnam

　　本研究针对水体结晶紫(CV)染料污染问题，采用杨树叶衍生的生物纳米复合材料（PLSDH/PLSCH）开展吸附去除研究。通过响应面法优化证实材料在pH=8、投加量0.1g/100mL条件下对300mg/L染料具有优异吸附能力（最大吸附量达222.7mg/g），为水体有机污染治理提供新型生态材料。

　　

通过实验与理论计算相结合，系统探究了杨树叶衍生的生物纳米复合材料在粉尘（PLSDH）和炭化（PLSCH）两种形态下对结晶紫（Crystal Violet, CV）染料的吸附性能。研究团队通过批量吸附实验，系统考察了初始染料浓度（20–350 mg/L）、吸附剂投加量（0.05–0.5 g/100mL）、溶液pH值（2–12）、接触时间（10–150 min）和温度（283.15–323.15 K）等关键参数的影响。实验数据表明，Langmuir模型比Freundlich模型更能准确描述吸附平衡过程，吸附动力学符合准一级反应模型。值得注意的是，CV染料在PLSDH和PLSCH上的吸附表现为吸热过程，随着温度升高吸附效率显著提升。

通过响应面分析法对pH值、吸附剂投加量和初始染料浓度进行优化设计，统计分析显示模型具有高度显著性（p值<<0.05）。在最优条件（初始浓度300 mg/L、吸附剂0.1 g、pH=8）下，PLSDH和PLSCH的预测吸附容量（Z₁: 192.25 mg/g, Z₂: 210.90 mg/g）与实测值（Y₁: 210.91 mg/g, Y₂: 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浓缩函数与前沿分子轨道图的分析结果相互印证，从分子层面阐明了吸附机制。