功能化有机溶剂木质素接枝3-氨丙基三乙氧基硅烷：一种用于乳品废水磷酸盐回收的生物基吸附剂

本研究针对废水富磷酸盐引发的富营养化问题，开发了APTES功能化有机溶剂木质素(OL-APTES-H+)吸附剂。通过系统表征和吸附实验证实，该材料在pH=5时最大吸附容量达21.12 mg/g，遵循Langmuir单层吸附模型，兼具静电吸引与化学吸附机制。在含单价离子实际乳品废水中展现30-58%去除率，为磷资源回收提供了绿色解决方案，相关成果发表于《Heliyon》。

　　随着全球水资源污染加剧，乳品加工业排放的含磷废水成为环境治理难题。这类废水不仅导致水体富营养化，还造成磷资源浪费——这种不可再生元素对农业生产至关重要。传统处理方法如化学沉淀会产生金属污泥，而生物法则效率低下。面对这一挑战，爱尔兰都柏林圣三一学院AMBER研究中心团队创新性地利用第二大天然生物聚合物木质素，通过3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)接枝改性，开发出新型生物吸附剂OL-APTES-H⁺，相关成果发表在《Heliyon》上。

研究团队采用FTIR、XPS、SEM-EDS联用技术确认了材料结构，通过zeta电位分析证实质子化氨基(-NH₃⁺)在pH 2-9.5保持稳定正电荷。热重分析显示改性后热稳定性提升，800℃残炭量增加11%。吸附实验采用Hach分光光度计(LCK349/350试剂盒)监测磷酸盐浓度变化，结合Langmuir和Freundlich等温模型分析吸附机制。

材料表征部分显示，SEM观察到APTES接枝形成片层结构，HCl处理产生孔洞；EDS图谱检测到Si、N、Cl元素分布。XPS证实N 1s在401.5 eV的质子化氨基峰，P 2p在134.0 eV的磷酸盐特征峰。FTIR中1117 cm^-1处新出现的Si-O-Si键和3286 cm^-1氨基振动峰验证了化学修饰成功。

吸附性能研究表明，最优条件为pH=5、0.5 g/L剂量，此时H₂PO₄^-为主要存在形态，与材料表面正电荷产生强静电作用。动力学符合准二级模型(R²>0.98)，表明化学吸附主导。共存离子实验中，单价Cl^-和NO₃^-提升吸附率5.1%，而SO₄^2-产生竞争抑制。实际乳品废水处理显示，100 g/L剂量下磷酸盐去除率达58%。

机制分析揭示，质子化氨基提供静电吸附位点，硅羟基通过Si-O-P键实现化学固定。XPS检测到105.3 eV的(P=O)-O-Si峰证实共价键形成。脱附实验使用0.1 mol/L NaOH，4小时再生效率达98.9%，验证材料可重复利用性。

该研究开创性地将有机溶剂木质素转化为高效磷酸盐吸附剂，突破传统木质素1.92 mg/g的低吸附瓶颈。相比金属基吸附剂，避免了二次污染风险；较之复杂胺化工艺，采用一步硅烷化简化流程。吸附后材料富含磷元素，可作为缓释肥料实现资源循环，契合爱尔兰"Food Vision 2030"可持续农业战略。这项工作为生物质废弃物高值化利用和水体修复提供了双重解决方案，具有显著的环境与经济价值。