多層級孔生物炭實現污染物快速吸附

　　生物炭是一種原料豐富、制備簡單、綠色友好的多孔吸附劑材料，在環境污染控制的工程應用中頗具潛力。近年來，為了制備高性能生物炭吸附材料，研究者通過多種手段來提升生物炭的孔隙數量，以期提升其對污染物的吸附容量。吸附容量成為大多研究中衡量生物炭吸附性能的唯一標準，卻鮮少有研究關注其對污染物的吸附平衡速率。

　　近日，湖南大學教授湯琳課題組在《有害物質雜志》上發表研究論文。該團隊制備了一種多層級孔生物炭（HPB），能快速實現水體中有機污染物的吸附去除。實驗表明，多層級孔結構是賦予其快速吸附平衡能力的關鍵，高石墨化程度能提升其吸附容量。研究揭示了生物炭材料的孔隙結構與其吸附速率之間的關系，為進一步制備高效的生物炭材料提供了基礎。

　　該團隊以廢棄蝦殼為原料，制備了多層級孔高石墨化的生物炭HPB，并考察其對多種污染物的吸附去除性能。研究表明，HPB對RHB（羅丹明B）、DCP（2,4—二氯苯酚）和TC（鹽酸四環素）具有良好的吸附去除效果，對應的最大吸附平衡容量（Qm）均大于300 mg/g，且幾乎均能在10 分鐘內達到吸附平衡。

　　對污染物的吸附形式進行分析，結果表明，帶明顯電荷的RHB和TC傾向于以單層吸附的方式實現吸附去除，而DCP傾向于多層吸附。此外，在單層吸附體系中，靜電相互作用（帶電荷量）對吸附的貢獻是π—π相互作用貢獻的5.13倍，而在多層吸附體系中，生物炭的苯環結構（π—π相互作用）是吸附的主要貢獻位點。

　　為了進一步揭示HPB微觀結構與其吸附性能之間的關系，該團隊分別制備了Porous-B（高石墨化程度但非層級孔）和HPB-600（多層級孔但石墨化程度低）兩種材料用于對比，并對其單位比表面積的吸附能力進行換算。結果表明，多層級孔結構是賦予其快速吸附平衡能力的關鍵，高石墨化程度能提升其吸附容量。

　　此外，該研究還將HPB做成生物炭柱和生物炭包，以解決粉體材料難以回收的局限。兩種方式下，HPB均具有較好的吸附去除性能。