基于木质素制备亚纳米孔活性炭靶向捕获二氯甲烷的研究

本文报道了以工业废弃碱性木质素（AL）为前驱体，通过KOH活化法制备具有亚纳米级孔径（0.33–0.99 nm）的活性炭（AL-K1），其比表面积达2247.78 m2/g，微孔率高达92.10%，对动力学直径仅0.33 nm的二氯甲烷（DCM）展现出优异的吸附性能（饱和吸附量485 mg/g）。该研究为小分子挥发性有机物（VOCs）的高效吸附提供了经济可行的吸附剂设计策略，实现了废弃木质素的高值化利用。

　　

Highlight

本研究通过KOH活化工业废弃碱性木质素（AL），成功制备出具有精准亚纳米级孔道（0.33–0.99 nm）的活性炭（AL-K1）。其比表面积高达2247.78 m²/g，微孔比例达到惊人的92.10%，与二氯甲烷（DCM）的动力学直径（0.33 nm）高度匹配。动态吸附实验表明，AL-K1对DCM的穿透吸附量和饱和吸附量分别达到342 mg/g和485 mg/g，显著优于传统吸附材料。该工作不仅实现了废弃木质素的高值化利用，更为小分子VOCs的靶向捕获提供了新颖的材料设计思路。

Results and discussion

1.4. 木质素前驱体筛选

对三种木质素样品（AL、SL、L）进行元素分析发现，AL具有最高的碳含量（53.55 wt%）和C/O比（2.28），表明其芳香骨架结构更为致密，极性含氧官能团较少。这种结构特性有利于在KOH活化过程中形成高度发达的微孔网络，特别是与DCM尺寸匹配的亚纳米级孔道（<1 nm）。相比之下，SL和L的较高氧含量可能引入过多极性位点，不利于对弱极性DCM分子的吸附。

Conclusions

本研究成功将工业木质素转化为高性能活性炭AL-K1，其通过精确调控的孔结构（92.1%微孔率，主导孔径0.33–0.99 nm）实现了对DCM的高效吸附（485 mg/g）。亚纳米级孔道内叠加的吸附势场最大化增强了范德华相互作用，而Bangham动力学模型进一步证实了孔道限域效应在吸附过程中的主导作用。该策略为小分子VOCs的靶向治理及生物质废料的资源化利用提供了双赢解决方案。