关于使用钾铁酸盐-KOH活化剂与氢氧化钾活化剂制备的生物废物基活性炭在染料吸附性能上的差异的见解

《Biomass and Bioenergy》：Insight into biowaste-based activated carbons from potassium ferrate-KOH activator versus potassium hydroxide for dyes adsorption

本研究通过化学活化农业废弃物（甘蔗渣、芦苇等）制备生物活性炭，比较KOH与K?FeO?活化效果。实验表明，K?FeO?活化样品比表面积和孔容更高，其中SCB-PF对阳离子甲基蓝吸附最优（338.98 mg/g），DP-PF对阴离子活性黑5吸附较好（97.75 mg/g），吸附机制包括化学和物理吸附，Langmuir和伪二阶模型解释等温与速率行为，证实该活化方法高效环保。

　　本研究探讨了通过化学添加剂制备的生物吸附剂（活化生物炭，ABCs）在去除染料方面的性能。研究选择了四种常见的农业生物质材料，包括稻草（RS）、枣椰纤维（DP）、芦苇（Arundo donax L.，GR）和甘蔗渣（SCB），作为活化生物炭的前驱体。通过对比使用碱性钾高铁酸（K?FeO?，PF）和氢氧化钾（KOH，P）两种活化剂对这些前驱体进行活化处理的效果，评估了其在吸附染料过程中的表现。

研究结果显示，采用钾高铁酸活化的样本具有更高的比表面积和总孔体积，这表明其吸附能力更强。其中，使用甘蔗渣和芦苇作为前驱体的样本表现尤为突出，比表面积分别达到了646.2 m2/g和650.3 m2/g，总孔体积分别为0.333 cm3/g和0.331 cm3/g。这些数据说明，钾高铁酸在提升生物炭吸附性能方面具有显著优势。同时，X射线荧光（XRF）分析表明，钾高铁酸活化生物炭中的铁元素含量在3.6%到9.6%之间，这可能是其吸附性能增强的重要原因。

在吸附行为方面，研究发现SCB-PF活化生物炭对阳离子染料甲基蓝（MB）的吸附能力表现出色，吸附量达到了338.9 mg/g，而对碘的吸附能力也显著提高，达到1290 mg/g。此外，该活化生物炭对阴离子染料活性黑5（RB5）的吸附能力也达到了97.7 mg/g。这表明，SCB-PF活化生物炭不仅在吸附阳离子染料方面表现优异，而且在吸附阴离子染料方面也具有良好的效果。同时，研究还指出，MB的吸附机制包括化学吸附和物理吸附，而RB5的吸附行为则符合朗缪尔模型。这些结果为理解不同活化剂和前驱体对染料吸附的影响提供了重要的依据。

在研究方法上，采用了多种分析手段对活化生物炭的物理化学性质进行了深入探讨。包括文本分析（如比表面积和孔体积测定）、元素组成分析（XRF）、扫描电子显微镜（SEM）等。这些技术手段不仅帮助研究人员全面了解活化生物炭的结构特征，还揭示了其表面形貌和吸附行为之间的关系。通过这些分析，可以更好地评估不同前驱体和活化剂组合对最终吸附性能的影响，从而为优化吸附材料的设计提供科学依据。

此外，研究还对比了现有的文献数据，发现采用钾高铁酸和枣椰纤维作为前驱体的活化方法在去除纺织染料方面具有较高的效率。这表明，通过合理选择前驱体和活化剂，可以有效利用农业废弃物，将其转化为具有高吸附性能的材料，用于污水处理。同时，研究还强调了农业废弃物在现代社会中的重要性，指出随着人口增长、城市化进程加快以及工业发展，废弃物的产生量不断增加，其中农业废弃物占据了相当大的比例。因此，如何高效地管理和利用这些废弃物，成为当前环保研究的重要课题。

本研究的意义在于，为农业废弃物的再利用提供了一种新的思路。通过将这些废弃物转化为具有高吸附性能的材料，不仅可以减少环境污染，还能为污水处理提供经济、高效的解决方案。此外，研究还探讨了不同活化剂对生物炭性能的影响，发现钾高铁酸作为一种新型活化剂，在提升生物炭的吸附性能方面具有独特的优势。这为未来的吸附材料研究提供了新的方向，尤其是在开发具有高吸附能力的环保材料方面。

在实际应用中，活化生物炭可以用于多种污染物的去除，包括染料、重金属离子等。这些污染物在工业废水和生活污水中普遍存在，对生态环境和人类健康构成严重威胁。因此，开发高效的吸附材料对于解决这些问题至关重要。本研究通过实验验证了SCB-PF活化生物炭在吸附染料方面的优异性能，表明其在实际污水处理中具有广阔的应用前景。同时，研究还强调了吸附过程中的关键因素，如吸附位点的数量、吸附物质的类型以及其与目标污染物之间的结合能，这些因素共同影响了吸附效率。

从长远来看，本研究不仅为农业废弃物的再利用提供了科学依据，还推动了环保材料的发展。通过合理选择前驱体和活化剂，可以有效提高吸附材料的性能，从而实现对污染物的高效去除。这有助于减少对传统活性炭的依赖，降低生产成本，提高资源利用率。同时，研究还指出，活化生物炭的表面形貌和孔结构对其吸附性能具有重要影响，这为优化吸附材料的结构设计提供了参考。

在研究过程中，采用了多种实验方法，包括文本分析、元素分析、表面形貌分析等。这些方法不仅帮助研究人员全面了解活化生物炭的结构特征，还揭示了其吸附行为与结构之间的关系。通过这些分析，可以更好地评估不同前驱体和活化剂组合对最终吸附性能的影响，从而为优化吸附材料的设计提供科学依据。此外，研究还强调了吸附过程中的关键因素，如吸附位点的数量、吸附物质的类型以及其与目标污染物之间的结合能，这些因素共同影响了吸附效率。

综上所述，本研究通过实验验证了钾高铁酸在提升农业废弃物活化生物炭吸附性能方面的有效性。研究发现，采用钾高铁酸活化的生物炭在吸附阳离子染料和阴离子染料方面均表现出良好的效果，尤其是在吸附甲基蓝和活性黑5方面。这表明，钾高铁酸作为一种新型活化剂，具有广阔的应用前景。同时，研究还强调了农业废弃物在现代社会中的重要性，指出如何高效地管理和利用这些废弃物，是当前环保研究的重要课题。通过将这些废弃物转化为具有高吸附性能的材料，不仅可以减少环境污染，还能为污水处理提供经济、高效的解决方案。