香蕉作物废弃物制备活性炭：生产工艺与新兴应用——循环生物经济视角

《Biomass and Bioenergy》：Activated carbon from banana crop wastes: Production processes and emerging applications for circular bioeconomy perspective

本综述系统阐述了香蕉作物废弃物（如果梗、果皮、叶片等）转化为高性能活性炭（AC）的绿色路径，涵盖碳化/活化工艺优化、材料特性调控机制及其在环境修复（污染物吸附）、能源存储（超级电容器）、生物传感等前沿领域的创新应用，为推进循环生物经济（Circular Bioeconomy）提供了关键理论支撑与技术展望。

　　

亮点（Highlights）

香蕉作物废弃物衍生活性炭（BAC）因其高比表面积、可调控孔隙结构和优异表面化学性质而备受关注。其在环境污染物吸附（如重金属离子、有机染料）、能源存储设备（如超级电容器、锂离子电池）、生物传感器构建、多相催化反应、电磁屏蔽复合材料及绿色建筑材料等前沿领域展现出巨大潜力。本文重点分析了BAC的构效关系，为其功能化设计提供理论依据。

特性（Properties）

BAC的理化特性（如比表面积、孔隙体积、表面官能团）受制备工艺（如活化剂类型、温度、时间）显著影响。研究表明，化学活化法（常用KOH、H₃PO₄、ZnCl₂）通常比物理活化法（水蒸气、CO₂）能产生更高的比表面积（可达2000 m²/g以上）和更丰富的微孔结构。这些特性直接决定了BAC在吸附动力学、电容性能及催化效率等方面的卓越表现。

应用（Applications）

环境修复： BAC能高效吸附水体中的Pb²⁺、Cr(VI)、甲基橙等污染物，其吸附容量媲美商业活性炭。

能源存储： 基于BAC的电极材料在超级电容器中表现出高比电容（~300 F/g）和优异循环稳定性。

生物传感： BAC作为生物传感器平台，可增强电子传递效率，用于葡萄糖、多巴胺等生物分子检测。

复合材料： 将BAC与聚合物或陶瓷基体复合，可制备具有增强机械强度、导热性或电磁干扰（EMI）屏蔽功能的智能材料。

再生方法（Regeneration）

为延长BAC使用寿命，热再生（在惰性气氛中加热至800°C解吸污染物）、化学再生（用酸/碱洗脱吸附质）及微波辅助再生等技术被广泛研究。再生效率与吸附质性质及BAC结构稳定性紧密相关。

挑战（Challenges）

BAC产业化面临预处理成本高、活化过程能耗大、孔隙结构精准调控难等挑战。未来需开发低成本绿色活化剂、优化集成工艺链，并建立标准化生命周期评估（LCA）体系以量化环境效益。

循环生物经济与经济可行性（Circular Bioeconomy）

将香蕉废弃物转化为BAC完美契合循环生物经济"9R"原则（从R0拒绝浪费到R9能量回收）。通过降低原料成本（废弃物近乎零成本）与高附加值应用（如高端吸附剂、功能材料）结合，BAC生产具备显著经济竞争力，同时减少甲烷（CH₄）等温室气体排放。

生命周期评估（Life Cycle Assessment）

LCA研究显示，BAC相较于化石基活性炭可降低40%以上的全球变暖潜能（GWP）。关键影响阶段集中于活化能耗与化学品使用，未来需通过太阳能驱动工艺、生物基活化剂（如柠檬酸）进一步优化碳足迹。

结论与未来方向（Conclusion）

BAC作为可持续功能材料平台，在环境-能源-健康交叉领域应用前景广阔。未来研究应聚焦于：1）开发人工智能辅助的孔隙工程策略；2）拓展BAC在生物医学（如药物递送、伤口敷料）的创新应用；3）建立从田间废弃物到终端产品的全链条产业化示范。