有机磷农药在水生环境中的普遍存在已引发全球范围内的严重关切。毒死蜱作为一种杀虫剂，属于有机磷农药类别，被广泛应用于农田，用于防治棉花、水果和蔬菜中的害虫。毒死蜱的急性毒性对所有水生生物均构成威胁，因此，含毒死蜱污染水体的处理成为重要课题。
近十年来，吸附技术逐渐成为一种先进的有机磷农药废水处理方法，具有巨大潜力和广阔前景。其中，吸附剂的比表面积和活性位点被认为是对吸附性能影响最大的两个重要特征。本研究重点关注通过微生物法成功合成的CS-MgO/沸石功能化吸附材料，并采用批次法深入探究其对水溶液中毒死蜱的去除效果。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）技术对合成的吸附剂进行了全面表征，验证了复合材料的成功制备。
研究通过优化毒死蜱浓度、接触时间和吸附剂投加量等变量，系统优化了实验条件，评估其对去除过程的影响。采用中心复合设计方法，以二阶模型对实验过程进行描述，该模型展现出较高的精准预测去除率的能力。研究结果表明，材料的层级结构具有功能性形貌，且存在大量吸附位点，在最佳pH值7、接触时间40分钟、吸附剂投加量0.4 g/L、毒死蜱浓度5 mg/L的条件下，CS-MgO/沸石对毒死蜱的最高去除率达到80.9%。动力学研究表明，毒死蜱的去除遵循伪二级吸附动力学模型（R²=0.994），其吸附数据与弗伦德里希模型高度拟合，线性系数最高，能更好地描述预期的多层覆盖系统平衡状态。热力学参数表明，毒死蜱在CS-MgO/沸石吸附剂上的吸附过程具有自发性和吸热性。研究结果显示，尽管引入壳聚糖会牺牲MgO/沸石的部分比表面积，但能有效提高吸附容量和吸附速率，这表明在毒死蜱的吸附过程中，活性位点可能起主导作用。使用0.2 M盐酸可将吸附的毒死蜱完全洗脱，经水洗后材料可同步再生为初始形态，用于下一次毒死蜱的吸附。此外，该材料可重复使用多次，且其孔腔结构未发生功能性损伤。这种简单的技术可大规模应用于毒死蜱处理，以修复环境毒性。所有结果表明，所制备的CS-MgO/沸石复合材料可作为一种高效吸附剂，具有接触时间短、成本低廉等优势，有望成为去除污染水体中毒死蜱的替代材料，为保护生态环境和人类健康提供支持。
该研究结果发表在期刊Emerging Contaminants上。
图1. 指定研究区域地理位置的地图
图2. 基于序列的分离真菌系统发育树
图3. (a) CS-MgO/沸石的扫描电镜（SEM）显微照片；(b) CS-MgO/沸石的能量色散X射线光谱（EDX）
图4. 壳聚糖-氧化镁-沸石纳米复合材料的傅立叶变换红外光谱（FTIR）
图5. 合成的CS-MgO/沸石复合材料的X射线衍射（XRD）图谱
文章信息
Biosynthesized CS-MgO/zeolite hybrid material: An efficient adsorbent for chlorpyrifos removal-Kinetic studies and response surface methodology
Mohammed T.M.H. Hamad, Belal N.A. Mahran.
https://doi.org/10.1016/j.emcon.2024.100324
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