磁性活化碳从废弃滤芯到高效吸附亚甲基蓝的绿色合成与应用

本研究针对水体中亚甲基蓝(MB)染料污染问题，创新性地利用废弃净水器滤芯(UWFC)制备磁性活化碳(MAC-UWFC)。通过400°C温和活化与Fe3O4磁化工艺，获得比表面积达404.78 m2 g-1的介孔材料，在pH=8条件下实现227.27 mg g-1的MB吸附容量，经8次循环仍保持92.32%效率。该研究为废弃物资源化与染料废水治理提供了双赢解决方案。

　　

合成染料对水体的污染已成为全球环境健康的重大威胁，其中亚甲基蓝(MB)作为纺织、制药行业广泛使用的染料，不仅造成水体"蓝染"现象，更因其化学稳定性导致生物累积风险。传统处理方法如生物降解效率低下，而商用活性炭(AC)成本高昂且回收困难。面对这一困境，Rajarshi Chhatrapati Shahu College的研究团队独辟蹊径，将目光投向每年数以万吨计的废弃净水器滤芯——这些富含碳材料的固体废弃物若处理不当将形成二次污染，但若合理利用则可能变废为宝。

研究团队采用三步法构建吸附系统：首先将滤芯碳材料在400°C下活化1小时获得AC-UWFC；随后通过共沉淀法负载Fe₃O₄纳米颗粒制备磁性复合材料MAC-UWFC；最后通过批次吸附实验优化参数。表征技术包括BET比表面积分析、FTIR光谱、XRD衍射和SEM-EDX形貌观测。

材料表征

氮气吸附测试揭示MAC-UWFC具有2.7196 nm的介孔结构，FTIR显示表面富含-OH、C=O等活性基团。TGA证明材料在900°C仍保持60%质量，XRD证实Fe₃O₄成功负载（2θ=35.88°最强峰）。

吸附性能

在pH=8时静电吸附效果最佳，0.2 g剂量下60分钟达平衡。Langmuir模型拟合度最佳(R²=0.9923)，表明单分子层吸附，理论最大吸附量达227.27 mg g^-1，显著优于多数文献报道的磁性吸附剂。

机制解析

伪二级动力学模型(R²=0.9942)表明化学吸附主导过程。颗粒内扩散模型显示吸附分两阶段：前30分钟快速表面吸附，后期缓慢孔道扩散。Elovich模型进一步证实表面异质性。

实际应用

0.1 M HCl可有效脱附MB，8次循环后效率仅衰减7.68%。EDX显示Fe含量稳定在22.52%，证明磁回收可行性。与商用AC相比，MAC-UWFC成本降低80%且避免过滤分离能耗。

这项发表于《Cleaner Water》的研究开创性地实现了"以废治污"的双重环境效益。其创新点在于：首次系统研究滤芯衍生MAC的MB吸附性能；提出温和活化工艺（较传统800°C工艺节能50%）；通过Fe₃O₄磁化解决AC回收难题。该技术为发展中国家染料废水治理提供了经济可行的方案，预计每吨废水处理成本可降低3-5美元。未来研究可探索其对其他染料的普适性及工业化放大参数。