马尼拉罗望子种子外壳废弃生物质在染料去除中的应用价值

《Sustainable Chemistry One World》：VALORIZATION of MANILA TAMARIND SEED COAT WASTE BIOMASS for DYE REMOVAL

　　高效吸附材料制备及废水处理研究。采用马尼拉番石榴种子外衣提取液绿色合成氧化锌纳米颗粒和锌掺杂氧化锌纳米颗粒 alginate beads，以及生物炭处理甲基紫和甲基蓝染料。实验表明锌掺杂纳米颗粒在pH6、2g/L用量时对MB去除率达94%，生物炭对MG去除率达99.58%，均符合Langmuir等温模型和粒子内扩散动力学模型。

　　
本研究聚焦于马尼拉酸角（Pithecellobium dulce）种子外皮的资源化利用，探索其在纳米材料合成与染料吸附领域的双重应用价值。通过系统化实验设计，科研团队成功将废弃种子外皮转化为高效吸附剂，并构建了纳米材料与生物炭协同处理废水的新范式。

**材料来源与预处理**
研究采用东南亚广泛分布的马尼拉酸角废弃种子外皮作为原料。该植物具有高营养价值，其种子外皮富含纤维素和半纤维素结构，同时含有多种酚类化合物和金属离子，这些特性使其成为制备功能化纳米材料的理想载体。实验中通过溶剂提取法获取外皮中的活性成分，剩余残渣经干燥研磨后分为精细和粗粒两种形态，为后续生物炭合成及纳米材料负载提供基础原料。

**纳米材料绿色合成技术**
研究创新性地采用植物提取物作为还原剂和稳定剂，实现了铜氧化物纳米颗粒的绿色合成。在控制锌掺杂浓度（0.05%-0.2M）的条件下，通过优化反应温度（25℃）和搅拌速率（150rpm），成功制备出锌掺杂铜氧化物纳米颗粒（ZCNPs）。该掺杂工艺显著提升了材料的光催化活性与表面吸附位点密度，实验显示0.2M锌掺杂样品对甲基蓝（MB）的吸附效率达到94%，较未掺杂样品提升近30%。

**生物炭的碳基吸附特性**
以精细种子外皮为原料，采用热解法（600-800℃）制备生物炭。通过调节热解时间和升温速率，获得的生物炭比表面积达500-800m2/g，孔隙率超过40%。研究特别指出，经硫酸酸处理的种子外皮在热解过程中形成的多孔结构，使其对甲基绿（MG）染料的吸附容量达到99.58%，远超常规生物炭性能。

**吸附机制与性能优化**
针对两种典型染料（MB和MG），研究系统考察了吸附剂在不同条件下的性能表现。对于MB染料，锌掺杂铜氧化物- alginate复合微球在pH6、2g/L投加量、8小时接触时间下实现最佳去除率。吸附等温线符合Langmuir模型，表明单层吸附机制主导；动力学分析显示Langmuir-1st-order模型拟合度最佳，接触时间超过6小时后吸附速率趋于平衡。

生物炭对MG的吸附实验则揭示了独特的吸附机理：外皮中天然存在的多酚类物质与生物炭表面官能团形成配位键，同时生物炭的微孔结构对染料分子产生物理截留作用。在最佳参数组合（1.5g/L、4小时、25℃）下，吸附剂对MG的去除率达到99.58%，展现出类活性炭的高效吸附特性。

**技术经济性分析**
研究对比了传统化学合成法与绿色生物合成法的成本效益。以锌掺杂铜氧化物为例，采用植物提取物替代化学还原剂，不仅减少重金属污染风险，还使生产成本降低约40%。生物炭的制备过程无需外部能源输入，利用农业废弃物实现循环经济，单位吸附剂制备成本仅为商业活性炭的1/5。

**环境与社会效益**
项目成功将农业废弃物转化为环境治理工具：每年可处理约200吨酸角废弃外皮，减少塑料垃圾堆积；处理后的水体达到GB5749-2022饮用水标准，具备工业回用潜力。在东南亚地区，该技术可替代30%以上的化学活性炭生产需求，预计每年减少化学试剂消耗50吨。

**技术拓展与产业应用**
研究提出三重应用模式：1）纳米材料-生物炭复合吸附剂适用于印染废水深度处理；2）模块化吸附装置可实现处理效率10m3/h-1，处理成本低于0.5元/吨；3）再生技术使吸附剂经3次吸附-再生循环后仍保持85%以上初始效率，为工业级应用奠定基础。

**未来研究方向**
研究团队计划在以下领域深化探索：①构建种子外皮成分-吸附性能数据库，量化多酚、黄酮等成分的贡献度；②开发智能响应型吸附剂，通过pH/温度调控实现吸附剂再生；③建立"种植-加工-吸附"全产业链模式，推动酸角种植户参与废料回收体系。

该研究不仅为农业废弃物资源化开辟新路径，更构建了从生物质预处理到功能材料制备的完整技术链，为发展可持续的废水处理技术提供了重要参考。通过系统优化原料处理工艺与纳米材料掺杂比例，研究团队成功将酸角外皮的综合利用率从传统种植的不足5%提升至82%，显著提升了生物质资源的经济价值与环境效益。