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随着纺织等行业发展，偶氮染料污染问题凸显，刚果红（CR）危害生态环境。研究人员合成 CS-GA-β-CD/ZnO 复合材料用于吸附 CR。结果显示该材料吸附效率高、可重复使用，ANN 模型预测精准。这为 CR 污染治理提供新途径。
在当今五彩斑斓的世界里，染料在纺织、造纸等众多行业广泛应用，给人们的生活带来了丰富色彩。然而，这背后却隐藏着严重的环境危机。偶氮染料作为使用最广泛的一类合成染料，大量被排放到环境中。其中，刚果红（CR）这种阴离子偶氮染料，就像潜伏在环境中的 “杀手”，对水生和陆地生态系统造成了极大的危害。它不仅会影响细菌、真菌等微生物的正常生长，还可能引发人类的呕吐、过敏反应，甚至导致遗传缺陷。传统的污水处理方法，如吸附、光催化降解等，要么能耗高，要么会产生二次污染，难以满足环保需求。因此，寻找一种高效、环保的方法来去除水中的刚果红，成为了科研人员亟待解决的问题。
在此背景下，研究人员开展了一项关于使用新型复合材料去除刚果红的研究。他们合成了一种基于壳聚糖（CS）的复合材料 CS-GA-β-CD/ZnO，该研究成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上。这一研究对于解决刚果红污染问题、推动环保吸附材料的发展具有重要意义。
研究人员为了探究该复合材料的性能，采用了多种关键技术方法。通过场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、原子力显微镜（AFM）等对复合材料进行表征，了解其表面形态和结构；运用 UV-Vis 分光光度计进行吸附实验，测定吸附前后溶液中刚果红的浓度，从而计算吸附效率和吸附容量；利用等温线、动力学和热力学分析，研究不同因素对吸附过程的影响。
在研究结果部分：
- 吸附性能比较：研究人员测试了七种不同 β-CD 和 ZnO 含量的复合材料对 CR 和孔雀石绿（MG）的吸附性能。发现增加 β-CD 含量对 CR 和 MG 的去除影响不大，而增加 ZnO 含量可显著提高 CR 的吸附量，但过高的 ZnO 负载会导致聚合物基质无法承载。最终确定了含有 0.056g ZnO 和 0.25g β-CD 的复合材料进行后续研究。
- 材料表征：通过 FE-SEM 和 AFM 观察到，ZnO 纳米颗粒呈球形，粒径在 50 - 100nm 之间，CS-GA-β-CD/ZnO 复合材料表面有褶皱且较为粗糙。BET 分析表明该复合材料具有介孔结构，比表面积为 11.6m2/g，孔径为 3.41nm。XRD 分析显示 CS-GA-β-CD/ZnO 具有无定形结构，且在吸附 CR 后出现新的峰值，再生后结构稳定。FTIR 光谱分析表明复合材料中存在多种化学键，且吸附 CR 后峰形变化不大，说明 CR 与复合材料之间的化学结合力较弱，有利于复合材料的重复使用。热分析显示 ZnO 的加入提高了复合材料的热稳定性。
- 吸附影响因素：研究发现，CS-GA-β-CD/ZnO 复合材料在酸性条件下对 CR 的吸附性能良好，最佳 pH 为 4。盐的存在对吸附效率影响较小，增加复合材料的用量和初始 CR 浓度可提高吸附量，但过高的初始 CR 浓度会导致吸附位点饱和，吸附量下降。吸附过程在 180 - 300 分钟达到平衡，且在高 CR 浓度下吸附速度较慢。
- 吸附模型：动力学研究表明，在不同的初始 CR 浓度下，伪一阶（PFO）模型和 Elovich 模型能较好地描述吸附过程。等温线研究显示，Langmuir、Dubinin - Radushkevich（D - R）和 Liu 等温线模型能较好地拟合数据，表明该复合材料对 CR 的吸附为单层吸附，且吸附过程是自发的。
- ANN 建模：利用人工神经网络（ANN）对吸附数据进行建模，结果显示 Levenberg - Marquardt（LM）和贝叶斯正则化（BR）算法都能有效预测吸附效率和吸附容量，线性回归值 R2 > 0.995。
- 再生性能：对复合材料进行再生实验，发现经过五次再生循环后，其吸附效率仍能保持在 93% 以上，表明该复合材料具有良好的再生性能。
- 吸附机理：CR 与 CS-GA-β-CD/ZnO 复合材料之间的吸附作用主要包括静电吸引、氢键和 n→π* 相互作用。
- 与其他吸附剂比较：与其他吸附剂相比，CS-GA-β-CD/ZnO 复合材料具有较高的吸附容量，但也存在吸附速率较慢和需要较高用量的局限性。
研究结论表明，CS-GA-β-CD/ZnO 复合材料在去除刚果红方面表现出良好的性能，具有高吸附效率、良好的再生性能和稳定性。等温线数据与 Langmuir、D - R 和 Liu 等温线模型的良好拟合，说明其吸附过程主要为单层吸附。ANN 分析也验证了模型预测的准确性。然而，该复合材料的吸附速率相对较慢，这为后续研究提出了优化方向。总体而言，CS-GA-β-CD/ZnO 复合材料为刚果红污染的治理提供了一种有潜力的解决方案，在环保领域具有广阔的应用前景，同时也为进一步研究开发高效吸附材料提供了重要参考。
