隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，染料在紡織、印刷、涂料及醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，但由此引發(fā)的水體污染問題也日益嚴(yán)峻。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2025年全球染料市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到數(shù)百億美元，其中陽(yáng)離子染料因其高色度、光熱穩(wěn)定性及難降解等特征，成為工業(yè)廢水處理中的關(guān)鍵污染物。長(zhǎng)期暴露于陽(yáng)離子染料環(huán)境中可能導(dǎo)致DNA突變和致癌風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成持續(xù)性危害。因此，開發(fā)高效的染料吸附劑以應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，已成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的關(guān)鍵課題。本研究通過合成一種新型雙吲哚基多孔聚合物(PDIM)，在寬pH范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)陽(yáng)離子染料的高效吸附，為染料污染治理提供了新的解決方案。

  一、染料吸附性能的突破：PDIM的制備與表征

  《2025-2030年中國(guó)染料行業(yè)市場(chǎng)深度研究與戰(zhàn)略咨詢分析報(bào)告》本研究采用一步法策略，以3,3'-二吲哚甲烷為原料，通過Friedel-Crafts烷基化反應(yīng)合成了具有供電子亞甲基功能化的雙吲哚基多孔聚合物(PDIM)。通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)PDIM的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示，PDIM呈現(xiàn)出非均勻的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔隙形態(tài)多樣且分布廣泛，比表面積高達(dá)459.82m2/g，總孔體積為0.321cm3/g。這種多級(jí)孔結(jié)構(gòu)為染料分子的傳質(zhì)提供了極為有利的條件，顯著提升了染料分子的擴(kuò)散與吸附效率。

  二、染料吸附效率：PDIM的寬pH適應(yīng)性

  染料市場(chǎng)分析提到在298K條件下，將PDIM分散于不同濃度的亞甲基藍(lán)(MB)溶液中進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，PDIM在pH=2~12的寬pH范圍內(nèi)對(duì)MB表現(xiàn)出卓越的吸附能力，最大吸附容量達(dá)621.92mg/g，僅30分鐘內(nèi)即可達(dá)到最大吸附量的87%，80分鐘實(shí)現(xiàn)吸附平衡。這一性能遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有報(bào)道的材料，后者通常在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下吸附性能顯著下降。PDIM的這種寬pH適應(yīng)性主要?dú)w因于其分子結(jié)構(gòu)中缺乏易受pH影響的官能團(tuán)，從而在酸堿條件下保持相對(duì)穩(wěn)定的吸附性能。

  三、染料吸附機(jī)理：陽(yáng)離子-π相互作用與π-π相互作用

  通過紫外-可見吸收光譜(UV-Vis)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析，研究了PDIM對(duì)MB的吸附機(jī)理。結(jié)果顯示，PDIM與MB之間的吸附主要依賴于陽(yáng)離子-π相互作用和π-π相互作用。亞甲基的引入有效增強(qiáng)了PDIM與MB之間的非鍵作用。特別是，PDIM的亞甲基為供電子基團(tuán)，增強(qiáng)了吲哚環(huán)的電子云密度，從而提高了對(duì)陽(yáng)離子染料的吸附性能。此外，PDIM對(duì)其他陽(yáng)離子染料(如羅丹明B、番紅T、結(jié)晶紫和孔雀石綠)在寬pH范圍內(nèi)同樣具有優(yōu)異的吸附性能，表明其在處理陽(yáng)離子染料污染時(shí)具有廣泛的應(yīng)用潛力。

  四、染料吸附的經(jīng)濟(jì)性與可持續(xù)性：PDIM的可重復(fù)使用性

  為了評(píng)估PDIM的實(shí)際應(yīng)用潛力，本研究對(duì)其可重復(fù)使用性進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PDIM在經(jīng)過5次吸附-解吸循環(huán)后，仍保持95.32%的初始吸附容量，顯示出良好的循環(huán)利用性能。這一特性不僅降低了吸附劑的使用成本，還提高了其在工業(yè)廢水處理中的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。

  五、染料吸附的普適性：PDIM對(duì)多種陽(yáng)離子染料的吸附性能

  為進(jìn)一步驗(yàn)證PDIM的普適性，本研究選取了羅丹明B(RhB)、番紅T(ST)、結(jié)晶紫(CV)和孔雀石綠(MG)四種陽(yáng)離子染料進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，PDIM在寬pH范圍內(nèi)對(duì)這些染料的吸附容量均保持穩(wěn)定，去除率始終高于95%。根據(jù)Langmuir模型計(jì)算，PDIM對(duì)RhB、ST、CV和MG的理論最大吸附容量分別為757.54、923.22、848.12和834.37mg/g，吸附平衡時(shí)間依次為40、100、120和30分鐘。這些結(jié)果表明，PDIM不僅對(duì)亞甲基藍(lán)具有優(yōu)異的吸附性能，還對(duì)其他多種陽(yáng)離子染料表現(xiàn)出高效的吸附能力，具有廣泛的應(yīng)用前景。

  六、染料吸附的抗干擾能力：PDIM在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性

  為探究PDIM在復(fù)雜水體環(huán)境中的吸附性能，本研究選取了池塘水、湖水、河水、生活污水及自來水等典型水樣進(jìn)行模擬廢水體系測(cè)試。結(jié)果顯示，PDIM在不同水樣中對(duì)MB的吸附性能僅略有下降，最大降幅僅為12.1%。此外，PDIM在多種共存離子干擾下仍保持穩(wěn)定的吸附性能，即使在共存離子強(qiáng)度最大(0.05mol/L)的情況下，MB的去除率僅下降5.78%。這表明PDIM具有優(yōu)異的抗離子干擾能力，能夠在復(fù)雜的實(shí)際水體環(huán)境中保持高效的染料吸附性能。

  總結(jié)

  本研究通過一步法合成了亞甲基功能化的雙吲哚基多孔聚合物(PDIM)，并系統(tǒng)研究了其在寬pH范圍內(nèi)對(duì)陽(yáng)離子染料的吸附性能與機(jī)理。PDIM在pH=2~12的范圍內(nèi)對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)表現(xiàn)出卓越的吸附能力，最大吸附容量達(dá)621.92mg/g，且在30分鐘內(nèi)即可達(dá)到最大吸附量的87%，80分鐘實(shí)現(xiàn)吸附平衡。吸附機(jī)理研究表明，PDIM與MB之間的吸附主要依賴于陽(yáng)離子-π相互作用和π-π相互作用，亞甲基的引入有效增強(qiáng)了這種非鍵作用。此外，PDIM對(duì)其他陽(yáng)離子染料(如羅丹明B、番紅T、結(jié)晶紫和孔雀石綠)同樣具有優(yōu)異的吸附性能，且在多種共存離子干擾下仍保持穩(wěn)定的吸附性能。PDIM的優(yōu)異吸附性能、寬pH適應(yīng)性、良好的可重復(fù)使用性以及抗離子干擾能力，使其在廢水處理、染料分離等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。未來的研究將進(jìn)一步優(yōu)化PDIM的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，拓展其在其他污染物治理中的應(yīng)用潛力。

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