钴铁氧体（CoFe2O4）对水溶液中尼泊金甲酯的吸附：等温线、动力学、热力学及平衡研究

研究人员指出，尼泊金甲酯（Methylparaben, MePB）作为一种新兴污染物（Emerging Contaminants, ECs），因其易获取、高效抗菌性及成本优势，被广泛用作工业产品组分；经饮用水暴露于该污染物可干扰内分泌系统。本研究旨在探究钴铁氧体（CoFe2O4）对水溶液中MePB的吸附效能。研究人员采用溶胶-凝胶法合成CoFe2O4，并通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）及布鲁诺尔-埃米特-特勒法（BET）对其进行表征。MePB的最大去除效率达99.03%，优化条件为pH=5、CoFe2O4投加量0.3 g/L、MePB初始浓度30 μg/L、接触时间55 min。吸附机制主要涉及强静电作用与化学相互作用，酚羟基（-OH）及酯基C=O等功能基团积极参与结合至介孔CoFe2O4表面的金属活性位点。吸附等温线与动力学分别最符合朗缪尔（Langmuir）模型与准二级动力学模型；本研究中最大吸附容量为142.19 mg/g。热力学分析表明，MePB在CoFe2O4上的吸附为自发、吸热过程。

本研究发表于《Results in Chemistry》，针对新兴污染物尼泊金甲酯（MePB）在水环境中的潜在风险展开。MePB作为常用防腐剂广泛应用于个人护理品与工业产品，可通过饮用水进入人体，干扰内分泌稳态，低浓度暴露即可影响雄性激素分泌，孕妇暴露可能导致胎儿生殖器异常，还与乳腺癌、子宫癌风险升高相关。传统水处理工艺无法完全去除水中的对羟基苯甲酸酯类物质，现有高级氧化、膜分离等技术虽有效但成本较高，吸附法因操作简单、成本低成为研究热点，但钴铁氧体（CoFe₂O₄）基吸附剂用于MePB去除的研究仍较有限，且多数吸附研究未采用赤池信息准则（AIC）辅助模型选择，因此亟需系统评估CoFe₂O₄对MePB的吸附性能与机制。

研究人员通过溶胶-凝胶法合成CoFe₂O₄纳米颗粒，采用响应面法结合中心复合设计优化吸附条件，通过FESEM、EDX、XRD、FTIR、BET对材料进行系统表征，采用高效液相色谱（HPLC-UV）检测MePB浓度，结合吸附等温线、动力学、热力学模型及再生实验，全面解析吸附行为与机制。

研究结果表明，合成的CoFe₂O₄为立方尖晶石结构，呈准球形颗粒，表面粗糙多孔，主要为介孔结构，元素组成符合Fe:Co≈2:1的化学计量比，晶体结构在吸附过程中保持稳定。吸附过程受pH、吸附剂投加量、初始浓度与接触时间的显著影响，酸性条件更有利于吸附，最优条件下去除效率可达99.03%；吸附行为符合Langmuir等温模型，最大单层吸附容量为142.19 mg/g，平衡参数R_L=0.06表明吸附过程有利；动力学符合准二级模型，表明化学吸附为速率控制步骤；热力学参数显示ΔG°为负值、ΔH°为正值，证实吸附为自发吸热过程。再生实验中，CoFe₂O₄经5次吸附-脱附循环后仍保持79.02%的去除效率，具备良好的可重复使用性。

讨论部分指出，CoFe₂O₄对MePB的高效吸附源于其介孔结构与表面官能团的协同作用：酸性条件下吸附剂表面带正电，与中性MePB分子间的静电吸引增强，同时酚羟基与酯基通过氢键、表面络合及π-π相互作用结合至金属活性位点。与经济性分析显示，该材料合成成本约为10-12美元/千克，优化条件下处理成本仅为0.0036美元/立方米，兼具高性能与低成本优势。研究结论强调，CoFe₂O₄是一种极具潜力的MePB吸附材料，其磁分离特性可降低实际应用的运营成本，未来需进一步验证其在真实水体中的抗干扰能力与规模化应用可行性。