一锅法制备复合材料的吸附性能
马亚凯
朱锡锋
王储
中国科学技术大学工程科学学院,安徽 合肥 230026
摘要：为应对水体中抗生素污染对生态环境和人类健康的威胁,同时推动重质生物油高值化利用,研究致力于开发一种具有高吸附容量和高稳定性的多孔碳材料.针对传统生物炭吸附剂孔隙结构单一、表面活性位点不足等问题,结合金属有机骨架模板法与化学活化协同策略,通过调控生物油重质组分的碳化过程,探究其对四环素的吸附机制,为绿色吸附材料的规模化应用提供理论支持.研究以生物油重质组分为可再生碳源,通过一锅法同步整合2-甲基咪唑锌盐与KOH活化剂,在高温碳化过程中实现模板定向造孔与化学活化的协同效应,制备多孔碳材料.为揭示协同机制,对比制备了仅含模板(HZ-800)、仅含活化剂(HK-800)及两者协同(HZK-800)的3类材料.系统采用比表面积分析、微观形貌表征等方法解析材料结构特性,通过系列吸附试验考察环境条件对四环素去除效率的影响,并结合动力学模型、等温线拟合及热力学参数计算阐明吸附机理.结果表明:模板与活化剂的协同作用有效构建了层次化孔隙网络,HZK-800展现出显著优化的比表面积与良好的孔隙结构,其吸附性能远超单一处理材料.该材料对四环素的最大吸附容量达到464.55 mg/g,且在强酸、强碱环境中仍保持稳定吸附效率.结构表征证实,锌盐模板引导形成介孔框架,活化剂刻蚀产生丰富微孔,而生物油芳香组分碳化形成高稳定性的石墨化材料,三者协同实现了孔隙结构与表面化学性质的调控.研究开发的HZK-800多孔碳在吸附容量、环境适应性和循环稳定性方面展现出显著优势,不仅为抗生素污染治理提供了经济高效的解决方案,也为生物质资源的高效转化与功能化碳材料设计提供了新思路,对推动水处理吸附技术的绿色化发展具有一定的实践意义.
关键词：生物油金属有机骨架生物炭四环素吸附
分类号：TK6(生物能及其利用)X524(水体污染及其防治)
资助基金：国家自然科学基金(52306283)
论文发表日期：2025-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 112-123 )
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