基于酰胺基双子表面活性剂调控的有机蛭石对苯酚的靶向吸附机制研究

　　针对工业废水中苯酚高效去除难题，研究人员通过设计含酰胺基团的间隔可调双子表面活性剂（G8-NE、G8-OL、G12-NE）改性蛭石（organo-VT），构建了兼具疏水性和功能基团协同作用的吸附材料。结果表明，G8-OL-VT通过π-π堆积、氢键和静电相互作用实现了274.23 mg/g的苯酚吸附容量，其性能远超传统吸附剂。该研究为极性污染物治理提供了“功能连接器”设计策略，推动了低成本粘土基材料的开发。

　　

工业废水中的苯酚污染一直是环境治理领域的棘手难题。这种具有极性和亲水性的化合物，不仅对人体中枢神经系统具有直接毒性，其在水中的强溶解性还导致传统吸附材料效率低下。尽管活性炭等吸附剂被广泛应用，但面对苯酚这类“顽固分子”，它们往往显得力不从心——要么吸附容量不足，要么成本高昂。更令人头疼的是，苯酚与水分子间的强烈相互作用，就像一层“水膜”包裹着苯酚分子，阻碍其与吸附剂表面的有效接触。

针对这一挑战，中国研究人员独辟蹊径，将目光投向了天然粘土矿物——蛭石（VT）。这种层状结构的材料成本低廉，但原始蛭石对苯酚的吸附能力有限。研究团队创新性地提出“功能连接器”策略，设计了一系列含酰胺基团的间隔可调双子表面活性剂（G8-NE、G8-OL、G12-NE），通过精准调控分子结构，制备出三种功能化有机蛭石（G8-NE-VT、G8-OL-VT、G12-NE-VT）。这项发表在《Journal of Molecular Liquids》的研究，不仅实现了274.23 mg/g的苯酚吸附突破，更揭示了多机制协同吸附的分子奥秘。

研究团队运用X射线衍射（XRD）分析层间距变化，傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征酰胺基团特征峰（1671 cm^-1
），热重分析（TG）评估材料热稳定性，并结合元素分析（EA）验证改性效果。吸附实验系统考察了动力学、等温线和热力学特性，通过伪二级动力学模型和Redlich-Peterson等温线拟合揭示了吸附机制。

材料表征揭示结构优势
XRD显示G12-NE-VT因长烷基链（C12）产生更大层间距（3.42 nm），而G8-OL-VT的羟基化间隔基促进功能基团密集排列。FT-IR证实酰胺C=O键（1671 cm^-1
）成功引入，TG曲线显示所有organo-VT在200°C前保持稳定，满足实际应用需求。

吸附性能的突破性发现
G8-OL-VT以274.23 mg/g的吸附容量冠绝三者，其羟基化间隔基产生的氢键网络功不可没。吸附能力排序G8-OL-VT > G12-NE-VT > G8-NE-VT表明：短链（C8）更利于功能基团密集排布，而长链（C12）仅增强疏水性。动力学分析显示所有过程符合伪二级模型（R²

0.99），证实化学吸附主导。

多机制协同的分子密码
热力学参数ΔG<-20 kJ/mol揭示自发吸附过程，ΔH为负值证实放热本质。研究首次明确四种作用力的贡献度：疏水作用提供基础吸附力，酰胺基团通过NH···O氢键锚定苯酚羟基，苯环间π-π堆积增强亲和力，而静电作用辅助定向吸附。特别值得注意的是，G8-OL-VT中羟基化间隔基使氢键密度提升37%，这是其性能跃升的关键。

实际应用的亮眼表现
在含干扰离子（Na⁺
/Ca²⁺
）的模拟废水中，G8-OL-VT仍保持90%以上吸附效率。经过5次再生循环，其容量仅下降8.7%，远超商用活性炭（下降42%）。对苯酚的选择性系数（K=2.34）表明其对极性污染物的独特偏好，这归功于酰胺基团的分子识别能力。

这项研究的意义远超出苯酚吸附本身。它提出的“功能连接器”策略，通过精确调控表面活性剂的烷基链长度（疏水模块）和间隔基功能团（亲和模块），实现了吸附材料的“定制化”设计。相比传统单链表面活性剂改性材料，双子结构产生的协同效应使吸附容量提升3倍以上。更为重要的是，该研究破解了极性污染物吸附的“水膜困境”——通过多重相互作用“接力”，逐步剥离苯酚周围的水分子，最终将其牢牢锁定在蛭石层间。这种仿生吸附机制，为处理制药、石化废水中的其他极性毒物（如抗生素、内分泌干扰物）提供了普适性方案。

研究团队特别指出，G8-OL-VT的原料成本仅为活性炭的1/5，且改性过程无需有机溶剂，符合绿色化学原则。随着后续研究对更多功能基团（如磺酸基、咪唑基）的探索，这种粘土基吸附材料有望成为水处理领域的“分子捕手”，为实现工业废水“近零排放”提供关键技术支撑。