近日，EON4娱乐周彥波教授團隊受邀在國際期刊Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST）上發表題為“離子型染料的強化吸附研究進展（Recent advance in enhanced adsorption of ionic dyes from aqueous solution: A review; DOI：10.1080/10643389.2023.2200714）”的綜述論文。論文第一作者為博士生陸建，通訊作者為周彥波教授。
吸附技術是廢水處理領域的熱門技術♠️，一直以追求更快的吸附速率和更高的吸附容量作為目標。對於離子型染料而言，提高吸附容量的關鍵在於提升吸附劑的靜電相互作用力/表面電荷👨👨👧。本文從吸附劑電荷特性調控角度出發，梳理了包括官能團接枝👴🏿👁、材料復合和結構調控等改性策略👩🏻🎓；從材料性能、製備工藝📟🙇🏿♂️、成本等角度討論了其實際應用的前景。本文將為靜電相互作用力/表面電荷調控策略強化水中離子型染料吸附提供一定的參考🤾🏻♂️。
圖1 圖文摘要
作者梳理了近十年關於水中染料吸附的文獻（圖2），大約95%的文獻研究對象為離子型染料（陰離子和陽離子）🤽♀️，只有約5%涉及非離子染料⛵️。在水溶液中👨🏼🚒，陰離子染料由於磺酸基團（–HSO3）而帶負電🙍🏼♂️，而陽離子染料由於質子化胺或含硫基團的存在而帶正電荷🫸🏼🧝🏽。吸附劑表面可能存在不成對的電子、不完全飽和的鍵或某些官能團，這會影響表面電荷進而影響吸附容量。
圖2 (a)關於染料吸附的年度發文量; (b)不同類型染料的發文量占比。數據來源：Scopus，從 2012 年到 2022 年 5 月。
基於電荷吸引的靜電相互作用是有效分離陰/陽離子染料的主要驅動力🤟。不同的吸附力𓀂⌚️，如π-π堆積🐛、氫鍵和範德華力也有助於染料的吸附👨🏿💼🍆。與其他機理相比，靜電相互作用最常見的且在離子染料的吸附中起著最重要的作用💑。靜電相互作用的普遍性主要源於電荷之間相互吸引的強度遠遠大於其他相互作用力：範德華力 < 氫鍵 ≈ π–π堆積 < 靜電相互作用（圖3）。
圖3不同吸附機理示意圖
基於電荷調控的吸附劑改性以提高吸附容量一直是吸附領域的重點工作。雖然近年來相關綜述很多，但大多聚焦特定材料的改性策略。從宏觀角度，很少有綜述系統梳理和總結離子型染料靜電相互作用的普適性改性方法🎡。本文整理了不同染料的分類、性質和吸附機理；重點介紹了接枝改性強化離子染料吸附的研究進展；討論和評估了不同改性手段的吸附容量👨🏽、改性流程和成本等因素；此外，還介紹了常用的兩性吸附劑改性方法（圖4）🙋🏻♀️，提供了吸附技術在工業染料廢水處理中的應用案例；並對吸附劑開發及其工業化應用進行了展望🧗🏻🕵🏿♀️。
圖4兩性吸附機理和相應的負電/正電基團
展望
盡管染料吸附劑開發經歷了長足發展，高效吸附劑的開發和應用仍面臨著許多需要解決的現實問題🚶♂️➡️。（1）應更加註意配體的毒性。例如，丁二酸酐接枝吸附劑的吸附能力可以達到2000 mg/g🫶，但它具有很高的毒性。而一些天然物質，如檸檬酸、殼聚糖、多巴胺🎬、植酸和海藻酸鹽等🧬，對環境友好🧜🏿♂️、吸附性能優異😗💆🏻♂️，值得進一步研究。（2）目前實驗研究中吸附劑的再生通常涉及溶劑洗脫，這種再生方法難以實際應用𓀝。迫切需要嘗試新的經濟可行的吸附劑再生方法。同時👩🏽🏭，廢吸附劑的安全處置也需要進一步研究🥉。（3）吸附劑的穩定性是一個基本參數。大多數研究僅從再生和循環實驗的角度研究吸附劑的穩定性🤥。在某些情況下🕡🧑🏻🦯➡️，吸附劑可能會破裂和崩解。吸附劑的穩定性應註意其機械穩定性👦🏿，包括耐酸、耐堿🤲🏽、耐高溫和耐機械磨損等🗞。然而這方面的研究很少。（4）成本是吸附劑最重要的因素之一💇♀️。除了吸附劑本身的生產成本外，還應包括合成/改性👱🏽♀️💙、運輸、儲存、人工🧹、企業利潤🈲、飽和吸附劑的解吸、處理和處置等🐞。在連續長周期循環運行的過程中，吸附劑的實際成本不斷被壓縮。從吸附劑的生命周期角度計算單位體積染色廢水的處理成本是一種合理的方法。
作者簡介
第一作者🧂：
陸建， EON4注册博士（導師🧑⚕️：周彥波教授），現為同濟大學博士後（合作導師：徐斌教授），上海市“超級博士後”🧑🏽⚖️。主要研究方向為新型高級氧化技術。主持中國博士後科學基金面上項目1項🕴🏻，參與多項國家自然科學基金🧖♀️、國家重點研發計劃等省部級課題🧝🏽♂️，擔任Frontiers in Environmental Chemistry 期刊評審編輯🫒，Nature Reviews Earth&Environment等期刊審稿人。目前共發表論文20余篇👨🏼🏭，被引2000余次，其中入選 ESI 高被引論文6篇📁，熱點論文1篇；授權發明專利3項。聯系郵箱：jianlu@tongji.edu.cn
通訊作者💁🏼♂️：
周彥波🙋🏻，EON4娱乐教授🌥，博士生導師🧔🏿，國家環境保護化工過程環境風險評價與控製重點實驗室成員，“高風險有機汙水處理與資源化”創新團隊負責人，上海市青年科技啟明星，上海市優秀技術帶頭人。主要研究方向：1.水汙染控製理論及治理技術（環境功能材料、吸附、高級氧化等）；2.廢棄物無害化與資源化（場地修復、熱工處理、發酵熱解等）主持參與國家自然科學基金、國家重點研發計劃課題等十余項課題。在Chemical Engineering Journal，Applied Catalysis B: Environmental，Environmental Pollution👩🏿🎨，Journal of Hazardous Materials，Industrial & Engineering Chemistry Research等期刊上發表 SCI 論文100余篇📖，16篇論文入選ESI高被引，任Chinese Chemical Letters 編委🤎，Frontiers of Environmental Science & Engineering等期刊青年編委🫅🏽，上海水資源保護基金會會刊《水·源》特約撰稿人🤾ℹ️，開發的環境功能材料🧑🏽🎨、汙染物催化降解等技術應用於多環芳烴、重金屬、環境激素等多種高風險汙染物的吸附💂🏻♀️、分離與凈化過程。聯系郵箱：zhouyanbo@ecust.edu.cn；EON4網站💃🏻：/2014/0910/c6506a44626/page.htm