尿素辅助的一步热解合成方法用于制备大孔碳气凝胶/MgO复合材料，以实现快速磷酸盐回收

《Langmuir》：Urea-Assisted One-Step Pyrolytic Synthesis of Macroporous Carbon Aerogel/MgO Composites for Rapid Phosphate Recovery

针对MgO基吸附剂动力学慢及活性位点利用率低的问题，本研究采用废生物质衍生碳气凝胶（CA）作为支撑，通过一步热解法同步构建多孔结构与高分散MgO负载。实验表明最大磷吸附容量为399.8 mg/g，5分钟吸附量达165.4 mg/g，40分钟内饱和度达90%，伪二阶动力学常数较商业MgO提高11倍。多尺度分析揭示CA大孔结构驱动快速吸附，而非高比表面积；尿素参与热解调控CA吡啶-N含量，优化pH适应性。该成果为再生生物质炭及高性能磷吸附剂设计奠定基础。

　　

为了解决全球磷资源短缺和富营养化问题，基于MgO的吸附剂面临着动力学缓慢和活性位点利用率低的问题。在本研究中，使用了一种由废弃生物质制成的碳气凝胶（CA）作为支撑材料，通过一步热解法同时构建了多孔结构并实现了高负载量的MgO。实验结果表明，该吸附剂的最大吸附容量为399.8毫克磷/克。动力学研究表明，在5分钟内可吸附165.4毫克磷，40分钟内达到90%的饱和度。与商用MgO相比，该吸附剂的伪二级动力学常数提高了11倍。通过结合实验数据、机器学习（ML）和密度泛函理论（DFT）的多尺度分析，发现MgO与碳气凝胶支撑材料之间存在协同效应。研究表明，快速的吸附动力学主要源于支撑材料的多孔结构，而非其高比表面积。此外，热解过程中尿素的参与改变了碳气凝胶中的吡啶-N含量，从而影响了材料的pH适应能力。总体而言，本研究为废弃生物炭的再利用以及高性能磷酸盐吸附剂的开发奠定了基础。