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在处理废水中多环芳烃（PAHs）难题上，研究人员开展利用甘蔗叶制备活化生物炭的研究。通过优化合成条件，制备出高表面积生物炭，对 PAHs 去除率达 88 - 90% ，成本较低，为废水 PAHs 修复提供了有效方案。
在工业飞速发展的当下，废水处理成为了一个棘手的难题。多环芳烃（PAHs）作为一类含有两个或更多稠合苯环的化合物，广泛存在于工业废水之中。欧盟委员会和美国环境保护署（USEPA）都将 PAHs 列为重要的致突变和致癌物质，是重点管控的污染物。这些 PAHs 主要来源于木材、煤炭和石油等资源的不完全燃烧，大量出现在各类水和废水系统里。
目前，为了减少 PAHs 的危害，人们尝试了生物、光催化和催化降解等多种方法，但这些技术都存在着各自的问题。比如 PAHs 的生物降解性有限，使得这些处理技术在实际应用中困难重重。与此同时，农业废弃物的处理也面临困境。印度作为全球第二大甘蔗生产国，每年产生大量甘蔗残渣，其中甘蔗叶（SL）是主要的农业废弃物之一。以往，农民常常选择焚烧这些废弃物，不仅造成环境污染，还破坏了土壤微生物的多样性。而且，此前研究多集中于甘蔗渣制备的活性炭（AC），对甘蔗叶在增值产品方面的探索较少。
为了解决这些问题，来自印度理工学院德里分校农村发展与技术中心的研究人员开展了一项研究。他们致力于利用甘蔗叶制备活化生物炭（SLAB），并用于去除废水中的 PAHs。该研究成果发表在《Bioresource Technology Reports》上，为废水处理和农业废弃物利用提供了新的思路。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。他们采用二氧化碳（CO?）对甘蔗叶进行活化处理，通过响应面法中的中心复合设计（CCD）来优化生物炭的生产参数。利用比表面积分析（SBET）、扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术，对制备的生物炭进行表征分析，以此探究其物理化学性质。
二氧化碳活化与 RSM 建模优化 AB 生产参数
研究人员利用 CO?对甘蔗叶进行活化，通过响应面法（RSM）中的中心复合设计（CCD）对生物炭生产过程中的参数进行优化。他们发现，温度和停留时间对活化生物炭（AB）的生产影响较大。经过优化，成功制备出表面积为 382.04 m2/g、产率为 19.57% 的活化生物炭。
制备的活化生物炭的表征
在对制备的活化生物炭进行表征时发现，CO?活化使生物炭中的碳含量增加，促进了更有序、多孔的表面结构形成。同时，活化还增强了生物炭中富含氧的官能团，这些官能团对 PAHs 的吸附十分有利。元素分析、SEM 和 FTIR 等技术的检测结果，都为生物炭的吸附性能提供了有力的证据。
活化生物炭去除废水中的 PAHs
研究人员以萘（NAP）和菲（PHE）作为 PAHs 的模型化合物，进行了批量吸附实验。结果表明，吸附过程受到多种参数的影响，不同参数对吸附的影响程度各异。在适宜的条件下，利用 SLAB 去除废水中 PAHs 的效率可达 88 - 90% 。
成本估算
成本分析是评估整个活化炭生产过程可行性的关键环节。研究人员综合考虑了原材料（甘蔗叶）及其加工步骤，包括清洗和筛分等。发现主要成本来自热解、活化过程等。经计算，生产 1kg 甘蔗叶活化生物炭的成本为 1.37 美元，去除每克 PAHs 的成本在 0.030 - 0.035 美元之间。这一成本数据表明，甘蔗叶活化生物炭在实际应用中具有成本优势。
研究结论显示，该研究成功实现了利用 CO?一步法同时生产和活化甘蔗叶生物炭。通过响应面法优化了工艺参数对活化生物炭生产的影响，并预测了活化生物炭的产率和表面积。制备的活化生物炭在处理废水中 PAHs 方面表现出良好的效果，展现出其在环境保护方面的重要意义。而且，成本分析结果表明该生物炭具有经济可行性。这项研究为利用农业废弃物制备高效、低成本的吸附剂，用于废水处理提供了理论和实践依据，有望推动相关领域的进一步发展，为解决废水污染问题和农业废弃物资源化利用开辟新的道路。
