Rosin-based gemini surfactant-controlled synthesis of NiO for dye adsorption
本研究报告了利用松香基双子型表面活性剂成功合成了一种分级多孔 NiO 吸附剂，该吸附剂显著增强了比表面积，并在废水处理中实现了对阳离子和阴离子染料的高容量、高选择性及可重复使用的吸附能力。
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水处理是一场针对纺织厂产生的色彩斑斓且具有毒性的废水的持久战。在为衣物染色时，大量的废水会饱和着难以分解且对环境有害的化学染料。这些染料不仅外观难看，还会阻挡阳光照射到水下植物，并可能携带危险特性，威胁生态系统和人类健康。为了净化这些水，科学家们经常转向吸附法，这是一种利用固体材料像海绵一样，将染料分子从液体中拉出并将其固定在其表面的过程。这种方法的有效性完全取决于所使用的材料。如果材料过于光滑或孔隙过小，染料分子就无法到达内部的活性位点，从而导致净化失败。挑战在于设计一种不仅在化学性能上能够抓取这些染料，而且在物理结构上能让它们轻松进入并再次释放以供重复使用的材料。
中国江南大学的研究人员开发了一种利用氧化镍（一种常见的金属化合物）来构建此类材料的新方法。虽然氧化镍已知对净化水很有用，但标准版本的氧化镍通常会聚集成缺乏内部空间的巨大固体块，使其在吸收染料方面表现不佳。为了解决这个问题，研究团队创造了一种具有复杂多级结构、布满微小孔洞和通道的特殊版本氧化镍。他们通过使用一种名为松香基双性表面活性剂的独特辅助分子实现了这一点。这种源自松树树脂的分子在制造过程中充当支架，引导氧化镍晶体的生长，迫使它们排列成多孔的海绵状结构，而非实心块状。其结果是一种具有巨大内表面积的材料，为染料分子提供了数百万个可以附着的微小对接点。
团队通过将这种新材料暴露在两种常见的工业染料中进行了测试：带有负电荷的甲基橙和带有正电荷的亚甲基蓝。他们发现该材料效果极佳，但表现出对正电荷染料的明显偏好。在一项受控实验中，该材料从水中去除了超过93%的亚甲基蓝。它也捕捉了大量的负电荷甲基橙，尽管效率稍低。研究人员观察到，该材料抓取染料的速度很快，在不到一小时内就达到了最大容量。这一过程是由物理作用力和化学相互作用共同驱动的，将染料分子锁定在氧化镍的表面。
为了确保该方案在现实世界中的实用性，研究人员检查了该材料是否可以反复使用。在材料达到饱和后，他们使用水和酒精的混合物进行清洗以释放被捕获的分子。他们重复了这个循环六次。即使在经过六轮使用和清洗后，该材料仍能去除93%以上的亚甲基蓝和超过61%的甲基橙。至关重要的是，材料的内部结构在整个过程中保持完好，没有表现出分解或失去形状的迹象。这种耐用性表明，该材料可以成为一种可靠的、长期的工业废水处理工具。通过使用一种天然的植物分子来引导金属氧化物的形成，研究人员创造出了一种高性能且可重复使用的过滤器，为处理染色工业复杂的废物流提供了一条充满希望的路径。
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