纺织废水中存在的持久性阳离子染料（如亚甲基蓝和孔雀石绿）对生态环境构成严重威胁，推动了可持续吸附剂的开发需求。本研究以酒糟为原料，经磷酸和铁盐改性制得多孔生物炭，再与海藻酸钠交联，制备了具有稳定海藻酸盐网络的生物炭/海藻酸钠复合材料。在优化条件（投加量0.5 g/L，时间120分钟，MB的pH为12，MG的pH为7）下，该复合材料对MB和MG的最大吸附容量分别达到1546.65 mg/g和1720.29 mg/g。热力学、等温线和动力学分析证实，吸附过程是自发的且以化学吸附为主导。结合光谱表征和密度泛函理论计算，揭示了在竞争条件下优异的吸附性能和高选择性归因于海藻酸盐网络内的协同静电相互作用和氢键，以及多孔生物炭结构的孔隙填充贡献。即使经过五次再生循环，去除效率仍保持在77%以上，表明具有一定的可重复使用性。这项工作证明，将农业废弃物衍生生物炭与天然多糖耦合能够生产高性能、可持续的吸附剂，并有望为利用所开发吸附剂去除废水中目标阳离子染料提供机理见解。
图解
图 2.MB吸附前（a-c）和吸附后（d-f）PBC-Fe/SA的扫描电镜图像，以及相应的能谱图（g, h）。
图3.MB和MG在PBC-Fe/SA复合材料及相关材料上的吸附特性：(a) Zeta电位随pH的变化；(b-d) 溶液pH、吸附剂投加量和接触时间的影响；(e, f) 吸附行为随初始染料浓度的变化。
图4.(a) 分子模拟给出的染料分子尺寸。(b) 对单一染料的选择性吸附。(c) 混合染料溶液中的竞争吸附行为，以及(d, e) 共存离子的影响。
图5.PBC-Fe/SA复合材料对MB和MG染料的吸附示意图。
结论
本工作合成了一种海藻酸钠改性生物质碳复合材料，并将其用于去除水溶液中的亚甲基蓝和孔雀石绿，在298 K下对MB和MG的最大吸附容量分别达到1546.65 mg/g和1720.29 mg/g。通过XPS、FT-IR、XRD、TG-DTG进一步表征及DFT计算揭示，优异的吸附性能源于多种机制的协同效应，包括磷酸活化产生的磷官能团和结构、Fe-O活性位点、芳香结构单元之间的π-π堆积、氢键、库仑相互作用以及分级多孔结构的贡献。PBC-Fe/SA对MB和MG在经过五次吸附-解吸循环后的去除效率均保持在77%以上，表明具有一定的可重复使用性。然而，目前的工作仅限于模拟废水，未涵盖实际废水系统。进一步的研究应探究其在含有多种有机污染物的更复杂废水体系中的适用性，以及通过磁性改性或薄膜/整体结构化等手段进一步增强其稳定性和可回收性。
本文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2026.137892
