Ba?Mg(BO?)?对阴离子染料酸橙7（Acid Orange 7）的选择性吸附性能：动力学、等温线和热力学研究

《Journal of the Indian Chemical Society》：Adsorption performance of Ba 2Mg(BO 3) 2 for selective removal of anionic dye Acid Orange 7: Kinetics, isotherm, and thermodynamics investigations

合成晶态Ba2Mg(BO3)2粉末并系统评估其去除酸性橙7（AO7）的吸附性能，最佳条件为pH 5、1.5 g/L吸附剂、60分钟接触时间及25°C，最大吸附容量263 mg/g。吸附机制为物理化学复合作用，符合Freundlich等温线和伪二级动力学模型，且材料具有良好循环稳定性（61.05% sixth cycle）。

　　随着工业化进程的加快，各类污染物不断混入水体，对生态环境构成了日益严峻的威胁。人类作为污染水体的三级消费者，不仅面临对水生生物的健康风险，还可能受到自身健康影响。特别是在纺织行业，合成有机染料的广泛使用给水环境带来了极大的负担。这些染料不仅具有毒性，而且难以降解，常常导致水体颜色污染，甚至影响溶解氧含量，阻碍阳光穿透，进而对生态系统造成破坏。在众多染料中，偶氮染料因其独特的化学结构和广泛的工业应用而备受关注。这类染料通常含有偶氮基团（–N=N–），并且因其稳定的化学特性，如芳香环和辅助染色基团的存在，表现出较强的环境持久性。在这些偶氮染料中，酸性橙7（AO7）因其高毒性而尤为引人注目。即使在极低浓度下，AO7也会对饮用水安全构成威胁，可能导致贫血、呼吸系统感染、皮肤疾病以及癌症等健康问题。因此，开发一种高效、经济且环保的AO7去除方法成为环境工程和公共卫生领域的重要课题。

目前，已有多种方法被用于去除有机偶氮染料，包括化学凝聚、吸附、沉淀、膜分离、生物处理、高级氧化工艺、溶剂萃取、生物修复、光催化降解、臭氧氧化等。尽管这些技术在某些情况下表现出色，但它们往往伴随着较高的成本、复杂的操作流程以及对特定环境条件的依赖性。相比之下，吸附技术因其低成本、简便的设计、易于操作、快速响应以及对有毒物质的耐受性而被认为是最具前景的污染物去除方法之一。吸附过程通常不涉及对污染物的降解或转化，而是通过物理或化学作用将污染物从水体中分离出来。因此，寻找一种高效的吸附材料对于处理含AO7的工业废水至关重要。

近年来，硼酸盐因其独特的晶体结构和多功能性，在固态化学领域受到了广泛关注。硼酸盐具有丰富的分子结构，包括一维、二维和三维的复杂形态，这使其在光电子器件和激光技术中扮演重要角色。金属和混合金属硼酸盐因其独特的结构和硼氧（B-O）键合方式，成为高性能功能材料的候选。此外，一些研究已经表明，金属硼酸盐在吸附方面表现出良好的性能。例如，已有的研究表明，诸如2MgO·B?O?·H?O、Sr?Mg(BO?)?、Ba?Mg(BO?)?、SrAl?B?O?和Na?Al?B?O?等材料在去除诸如刚果红、甲基蓝等染料方面取得了令人满意的成果。然而，关于Ba、Mg和BO?三者结合用于合成适用于染料去除的颗粒的研究仍较为有限。尽管Ba?Mg(BO?)?已经被用于去除刚果红，但其在AO7去除方面的性能尚未得到充分研究。

本研究的目标是合成一种具有晶体结构的Ba?Mg(BO?)?粉末，并系统评估其作为新型高效吸附剂在去除水体中AO7染料方面的潜力。为了实现这一目标，研究首先通过溶液燃烧法合成Ba?Mg(BO?)?粉末，随后对其形态和结构进行了详细的表征分析，包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜-能谱分析（SEM-EDS）。接着，进行了一系列批次吸附实验，以评估操作参数如吸附剂量、接触时间、pH值、初始染料浓度和温度对吸附性能的影响。实验结果表明，Ba?Mg(BO?)?在pH值为5、接触时间为60分钟、吸附剂量为1.5 g/L、温度为25°C的条件下表现出最佳的吸附性能，其最高吸附容量达到263.157 mg/g。这表明该材料在去除AO7方面具有显著的潜力。

在吸附动力学研究中，研究发现伪二级动力学模型与实验数据最为吻合，表明化学吸附是控制吸附速率的关键步骤。同时，吸附过程中的薄膜扩散和颗粒内扩散也起到了重要作用。这说明AO7在Ba?Mg(BO?)?表面的吸附不仅涉及表面物理作用，还与材料内部的扩散机制密切相关。在吸附等温线分析中，Freundlich模型提供了最佳的拟合效果，进一步支持了吸附过程在异质表面上的多层机制。这些结果揭示了Ba?Mg(BO?)?在吸附AO7时所涉及的复杂机制，包括物理吸附和化学吸附的协同作用。

从热力学角度来看，吸附过程被证实为放热、自发且具有热力学优势。这意味着在较低温度下，吸附过程更容易发生，并且材料在吸附过程中释放的热量表明其吸附行为具有一定的稳定性。此外，研究还评估了吸附剂的可重复使用性，结果显示即使经过六次吸附-脱附循环，Ba?Mg(BO?)?仍能保持61.05%的去除效率，这表明其在实际应用中具有良好的稳定性和重复使用性。这一特性对于实现可持续的废水处理技术至关重要，因为它降低了吸附剂的更换频率，从而减少了资源消耗和成本。

综合来看，Ba?Mg(BO?)?作为一种新型吸附材料，展现出在去除AO7方面的高效性与环保性。其独特的化学结构和物理特性使其能够有效吸附水体中的偶氮染料，同时具备良好的热力学稳定性与重复使用性能。这些优势使其成为处理含AO7工业废水的理想选择。此外，该研究也为开发其他基于硼酸盐的吸附材料提供了理论依据和实践指导。未来的研究可以进一步探索不同类型的硼酸盐材料在去除其他种类染料方面的应用潜力，同时优化吸附条件以提高去除效率。通过这些努力，有望为工业废水的治理提供更加环保和经济的解决方案。