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铅离子高效吸附与再生机制研究。采用硫脲功能化聚氯乙烯（ThU/PVC）吸附剂对Pb2+废水进行处理，最大吸附容量133.25 mg/g，Langmuir和PSO模型拟合度均＞0.996，热力学参数显示ΔH°=-3.787 kJ/mol，反应自发且放热，硫酸再生后回收率达99%。符合WHO饮用水标准，循环使用稳定性RSD≈3%。
Mohammad S. Alomar|Mohamed A. Mahmoud|Abdulrahman S. Sait|Fahad A. Alhujaili|Ali Ahmed Alqudaihi|Omer Y. Bakather|Mubarak A. Eldoma|Mohamed Hassan|Bahaa Ahmed Salah|Mohamed E. Eissa|Bahig M. Atia|Mohamed F. Cheira|Mahmoud T. Abdu
沙特阿拉伯贾赞大学应用工业技术学院化学工程技术系，贾赞，45142
摘要
本研究采用一种新型的硫脲功能化聚氯乙烯吸附剂（ThU/PVC）高效去除废水中的铅离子。通过BET、TGA、1H和13C NMR、SEM-EDX、FT-IR、XPS及MS等综合分析方法证实了ThU/PVC的合成完整性。在25°C、pH 4.5的条件下，使用50 mg的ThU/PVC处理150 mg/L的Pb2+溶液30分钟后，其最大吸附容量为133.25 mg·g?1。这一实验结果与基于吸附等温线的Langmuir模型预测值（137.31 mg·g?1）以及PSO模型估算值（136.84 mg·g?1）非常吻合，且吸附动力学拟合度极佳（R2 = 0.9968）。热力学参数表明，在研究温度范围内该过程为放热且自发进行，ΔS° = 3.9 J·mol?1·K?1，ΔH° = ?3.787 kJ·mol?1，ΔG°在298 K时为4.949 kJ·mol?1，在353 K时降至?5.164 kJ·mol?1。使用0.5 M H2SO4脱附Pb2+时，回收率约为99%，体现了该吸附剂的良好经济性。ThU/PVC符合WHO和FAO的安全标准，适用于处理包括埃及石油总公司（EGPC）排放的水体，可在八次重复使用后仍保持稳定的水质（RSD ≈ 3%）。光谱证据表明，Pb2+主要通过与PVC基质中硫脲基团的氮原子形成稳定的Pb-N键及多齿螯合环来实现螯合作用；硫胺基团的间接作用进一步调节电子环境，从而提升螯合效率。
引言
随着电镀、电池制造和石化加工等行业的快速发展，废水中重金属浓度显著增加[1]，[2]，[3]。这些受污染的水体对人类健康和生态稳定构成严重威胁，因为重金属具有不可生物降解性和潜在的致癌性[4]。铅就是一个典型的例子，即使在低浓度下也会对水生生物和人类健康造成严重影响，尤其是对儿童。国际癌症研究机构（IARC）和美国环境保护署（USEPA）已将铅列为可能的人类致癌物[5]，因此需要严格监管[7]。加拿大卫生部根据ALARA原则将饮用水中铅离子的最大允许浓度设定为5 μg·L?1，欧盟委员会和世界卫生组织（WHO）将自来水中的铅含量限制在10 μg·L?1；美国环保署则将饮用水中的铅含量行动限值定为15 μg·L?1[8]。[9]这些标准强调了在排放前对含重金属废水进行积极、严格处理的必要性。
当前的研究系统评估了多种去除污染基质中铅的方法，涵盖了成熟和新兴技术。化学方法通过特定反应实现铅的隔离；基于膜的分离技术（反渗透、纳滤和超滤）可精确选择性地去除铅离子；离子交换树脂能够选择性结合Pb2+；溶剂萃取利用有机溶剂将铅离子从水溶液中分离出来[10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]，[16]；沉淀法（包括中和、形成不溶性盐和铁氧体沉淀）可生成可分离的不溶性铅离子。此外，电化学技术（如电沉积、电解、电絮凝和电渗析）也用于铅的去除[17]，[18]，[19]，[20]，[21]，[22]，[23]，[24]。吸附过程受吸附剂和Pb2+离子物理化学性质以及操作参数（如温度、pH值和接触时间）的影响[25]。例如，碳基纳米结构（如活性炭、石墨烯）具有较大的表面积，有助于污染物吸附；化学功能化的生物聚合物（如壳聚糖）可增强吸附效果[26]，[27]，[28]，[29]，[30]，[31]，[32]，[33]，[34]，[35]，[36]；矿物吸附剂（如沸石和粘土）因具有较高的阳离子交换能力而具有成本优势；含铁的磁性吸附剂提供了灵活的修复方案；金属有机框架（MOFs，如MOF-808-EDTA）具有出色的表面积和铅离子隔离能力，为先进吸附技术带来希望[37]，[38]，[39]，[40]，[41]，[42]。离子交换是一种可逆的化学方法，用于用环境友好的离子替代不需要的金属离子[43]。
本研究提出了一种处理工业废水的新方法，重点在于高效去除Pb2+离子。通过使用先进的硫脲功能化聚氯乙烯吸附剂（ThU/PVC），成功解决了与埃及石油总公司（EGPC）等来源产生的废水相关的关键管理问题。通过系统优化操作参数，ThU/PVC复合材料实现了最佳性能。全面的动力学、平衡和热力学分析阐明了去除机制，证实了该吸附剂的优异吸附和修复效果，为采矿行业的可持续废水管理提供了坚实的基础。
ThU/PVC吸附剂规格
该产品的质量约为11.7克，熔点约为200–205°C。1H NMR（DMSO，400.16 MHz，TMS，25°C）的谱线数据如下：δ值分别为：1.74（t，2H，-C< />2n，J = 7 Hz）、4.1（m，-CCln，J = 7.01 Hz）、3.87（m，-C-NH-n，J = 7 Hz）、6.07（d，-N< />2）。13C NMR（DMSO，100.04 MHz，TMS，25°C）的谱线数据如下：δ值分别为：55（s，-C>H-Cl，J = 3.3 Hz）、42.65（s，-C2n，J = 3.3 Hz）、44.15（s，-C>H-NH-CO-NH2，J = 1.9 Hz）、159.03（s，-C=O，J = 3.2 Hz）。MALDI/TOF-MS（20 eV）的质谱数据如下：m/z值分别为：106、78、125。
结论
成功合成并表征了一种新型的ThU/PVC复合材料，确认了其材料的形成和结构完整性。吸附实验表明，在室温下，使用0.05 g的ThU/PVC处理50 mL、浓度为150 mg/L的Pb2+溶液30分钟后，该复合材料对Pb2+的吸附效果良好，最大吸附容量为133.25 mg/g。Langmuir模型（qmax = 137.31 mg/g，R2 = 0.998）和PSO模型（qmax = 136.84 mg/g，R2 = 0.9968）均能较好地描述这一吸附过程。
作者贡献声明
Mohammad S. Alomar：数据可视化、验证、数据整理、概念构思。
Mohamed A. Mahmoud：数据验证、项目管理、实验研究、数据分析。
Abdulrahman S. Sait：初稿撰写、数据验证、方法设计、实验研究。
Fahad A. Alhujaili：数据可视化、验证、监督、数据整理、概念构思。
Ali Ahmed Alqudaihi：数据可视化、软件选型、资源协调、数据整理、概念构思。
Omer Y. Bakather：文章撰写、审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢沙特阿拉伯贾赞大学研究生院和科学研究院的资助，项目编号为：JU-202503201-DGSSR-RP-2025。
