氮位点诱导铁物种在生物炭上均匀分散增强低温厌氧环境下硫化氢去除性能

本文开发了一种以废弃咖啡渣为原料的氮掺杂生物炭负载铁复合材料（Fe30/NrB），在干燥、厌氧、低温（120?°C）条件下对H2S表现出卓越去除能力（硫容126.1?mg·g?1）。其高性能源于氮位点驱动的铁物种高度分散、分级孔结构及丰富表面氧物种的协同作用，同时废吸附剂可二次用于水体重金属净化，实现了废弃生物质资源化与多污染物协同治理的双重目标。

　　

章节亮点

Fe_X/NrB吸附剂的合成

咖啡渣生物炭的制备：将干燥咖啡渣与KOH按质量比2:1混合，超声处理20分钟后干燥，在N₂氛围下700°C碳化2小时。产物经去离子水反复洗涤至滤液中性，得到咖啡渣生物炭（CGB）。

咖啡渣氮掺杂生物炭的制备：流程与CGB类似，但额外添加尿素作为氮源，通过原位掺杂策略构建高比表面积（1919.5?m²·g^?1）和富氮活性位点的载体材料。

材料表征

X射线衍射（XRD）图谱显示CGB与NrB在2θ=24.3°和44.5°处出现石墨碳的（002）与（100）晶面特征峰（图1a）。NrB的衍射峰更宽且强度减弱，表明氮掺杂引入了结构无序性。BET比表面积测试表明NrB具备典型的Ⅰ型等温线特征（图1b），其比表面积显著提升至1919.5?m²·g^?1，且孔径分布呈现分级多孔结构，有利于反应物传质与活性位点暴露。

结论

新型H₂S吸附剂Fe₃₀/NrB通过氮掺杂生物炭与硝酸铁的简单浸渍-煅烧法合成。在干燥厌氧条件（120°C，空速60,000?mL·h^?1·g^?1）下可实现115分钟100%的H₂S脱除，突破硫容达126.1?mg·g^?1，性能优于多数同类吸附剂。其优异性能归因于高度分散的Fe₂O₃颗粒、丰富表面晶格氧（O_lat）及氮位点锚定作用的协同效应。