过热蒸汽再生生物质活性炭的性能、生命周期影响与净CO2减排潜力对比研究

本研究创新性地采用600?°C过热蒸汽（SPH）再生饱和活性炭（AC），实现95%再生效率，显著优于传统化学法。通过生命周期评估（LCA）证实SPH再生可降低全球变暖潜能（GWP）达31%，且经5次循环后碳排放减半，为吸附剂再生技术提供了高效低碳的解决方案。

　　

Highlight

Materials

本研究使用的活性炭（AC）为Norit GCN 830（椰壳衍生AC），购自生产商Norit Carbon（详见补充材料）。该AC经去离子（DI）水充分冲洗以去除残留杂质，干燥、研磨后过100×200目筛，制成均匀AC粉末。氢氧化钾（KOH）颗粒（≥99%）、盐酸（HCl）（35% w/w）、腐殖酸（HA）和乙醇（≥99%）购自Sigma Aldrich。实验全程使用去离子水。

Physicochemical characterization

吸附剂的N₂吸附-脱附等温线呈I型（IUPAC分类），表明其以微孔结构为主，且在低相对压力下具有陡峭吸附量。样品的比表面积（SSA）和总孔体积（V_p）如图1所示。新鲜GCN的SSA高达1063.4?m² g^?1，孔体积为0.0497?cm³ g^?1，证实其微孔特性。HA吸附后，饱和样品的SSA略降至1012.5?m² g^?1。

Conclusions

本研究证明SPH再生（SPH-R）是恢复饱和GCN吸附能力的卓越策略，其再生效率最高且成功恢复纹理特性（SSA: 1036.8?m²），优于HCl和KOH再生。动力学模型证实化学吸附（拟二级模型PSO, R²?>?0.99）为SPH-R的主导吸附机制。生命周期评估（LCA）显示，SPH-R的全球变暖潜能（GWP）较热再生（THER-R）降低10%，较化学再生降低高达31%，且该差距随循环次数进一步扩大。