机械活化耦合热解制备Fe/N掺杂夏威夷果生物炭：双功能位点实现Cr(VI)吸附与还原的协同作用

《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Mechanical activation coupled pyrolysis prepares Fe/N-doped macadamia biochar: Dual-function sites enable synergistic Cr(VI) adsorption and reduction

本研究开发了一种机械活化增强热解新方法，通过球磨制备夏威夷果壳@FeCl3/尿素前驱体，成功合成了铁氮共掺杂生物炭（Fe-NMBC）。表征显示Fe-NMBC具有致密针状结构、丰富官能团（C=O/C-O/C-N）和Fe(II)/Fe(III)，其比表面积、O/C和N/C比率均优于原始生物炭。吸附实验表明Fe-NMBC对Cr(VI)的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir模型，饱和吸附容量（Qm）达40.7 mg·g?1，其机理涉及表面络合与还原反应的协同作用。该无浸渍热解法制备的新型吸附剂为水体Cr(VI)去除提供了高效可再生的解决方案。

　　

Highlight

SEM和EDS分析

BC的表面显示出不规则性和少量不均匀孔隙（图1a），这归因于木质纤维素的熱降解和小分子气体的产生。EDS分析（图1b）表明BC主要由碳、氮和氧组成，碳含量高达84.85%，表明MS高度碳化。然而，BC表面的孔隙性相对有限，可能是由于不完全的热分解所致。

结论

本研究开发了一种通过无浸渍热解法制备Fe-NMBC的新方法，并探索了其从水溶液中去除Cr(VI)的能力。Fe-NMBC表面负载有精细分散的含氧化铁的纳米针状结构，元素分布均匀，并具有丰富的氧和氮官能团，这显著提高了其效率。pH对Fe-NMBC去除Cr(VI)的影响相对较弱，但Ca²⁺和Mg²⁺的存在对吸附过程有促进作用。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温线模型，表明其是单层化学吸附。热力学分析表明该过程是自发的、吸热的熵驱动反应。去除机理涉及吸附和还原的耦合过程，其中表面络合和还原反应是主要驱动力。Fe-NMBC可以轻松地从溶液中分离并再生回用。这项研究为制备用于水环境修复的高效吸附剂提供了一种有前景的策略。