论文标题：Development of Poly(diallyldimethylammonium) Chloride-Modified Activated Carbon for Efficient Adsorption of Methyl Red in Aqueous Systems

论文链接：https://www.mdpi.com/2571-8797/7/3/61

期刊名：Clean Technologies

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/cleantechnol

全球每年约有2万吨纺织染料排入水体，其中60%以上为偶氮染料。甲基红（MR）作为典型偶氮染料，既难生化降解，又对人体眼睛、皮肤和呼吸道有刺激，成为实现“2030年人人享有清洁饮水”目标的关键治理对象。传统颗粒活性炭（GAC）虽广泛应用，但对阴离子型有机污染物吸附容量有限，亟需通过表面改性提升性能。

本研究以商业GAC为基体，用不同浓度（0–12% w/v）的阳离子聚合物PDADMAC进行表面包覆，筛选出8 % w/v为最佳改性量；选用甲基红作模型污染物，系统开展批量实验（动力学、等温线、pH 4–9及NaCl/醋酸钠背景影响）、快速小型柱试验（RSSCT，连续流模拟）和五次循环再生实验；并通过量子化学计算（DFT-ESP、RDG、Fukui函数）揭示吸附机理。

研究结论指出改性活性炭的吸附容量显著优于原始活性炭，其中使用8%（w/v）PDADMAC溶液处理的样品表现出最佳吸附效果。阴离子交换容量测试证实，PDADMAC的引入为活性炭表面增加了额外的正电荷。吸附动力学符合拟一级动力学模型和均质表面扩散模型（HSDM），而Freundlich等温线则能准确描述平衡行为。改性活性炭在pH 5–9的宽范围内及40 ppm NaCl或醋酸钠存在下均能保持稳定的去除效率，显示出在复杂水化学环境中的良好适应性。快速小型柱试验（RSSCT）结果进一步表明，该材料具备成功放大至中试或工业系统的潜力。此外，采用0.1 M NaOH + 70%甲醇溶液进行再生，可有效恢复其吸附容量，显示出良好的重复使用性和降低材料成本的潜力。量子化学分析表明，MR在PDADMAC上的吸附主要依赖于非共价相互作用（如静电作用和范德华力），这有利于再生过程并确保材料的长期稳定性。总体而言，PDADMAC改性是一种经济高效且可扩展的策略，可显著提升商用GAC在实际水处理中的应用性能。未来研究可进一步拓展PDADMAC-AC对更多有机污染物（如药物与个人护理品、内分泌干扰物、全氟/多氟烷基物质和农药等）的适用性；此外，尽管本研究已开展RSSCT，后续仍可通过更大规模的中试柱实验进一步验证这些发现；从理论角度，也可利用分子动力学（MD）和蒙特卡洛（MC）等先进计算方法，为吸附机制及分子层面的相互作用提供更深层次的理解。