EDTA-4Na与KOH联合改性杏仁壳生物炭增强苯酚吸附性能及其在煤化工废水处理中的应用

为解决煤化工废水中苯酚污染治理难题，研究人员通过KOH和EDTA-4Na联合热解改性杏仁壳生物炭（A-BC），构建了具有蜂窝状结构（比表面积1050 m2 g-1，微孔率86%）和丰富官能团（-OH、N-H等）的新型吸附剂。该材料对模拟废水和实际煤化工废水的苯酚吸附量分别达161 mg g-1和149 mg g-1，吸附过程涉及氢键和π-π相互作用，为有机废水处理提供了高效可持续方案。

　　

随着全球煤化工、制药等行业的发展，含酚废水排放量逐年攀升，其中苯酚因高毒性和生物累积性被列为优先控制污染物。传统处理方法如膜过滤、生物降解等存在成本高或效率低的局限，而生物炭吸附法虽经济环保，但天然生物炭的比表面积和官能团数量往往不足。如何通过改性提升生物炭性能，成为环境治理领域的热点问题。

新疆农业大学的研究团队创新性地选择农业废弃物杏仁壳为原料，通过KOH和EDTA-4Na联合改性（质量比1:1:3），在750℃下制备了具有多重优势的改性活性炭（A-BC）。这项发表于《Sustainable Environment Research》的研究，为解决工业废水苯酚污染提供了兼具高效性和经济性的新方案。

研究采用扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、比表面积分析（BET）和X射线衍射（XRD）等技术表征材料特性，通过单因素实验优化吸附条件，并结合动力学和热力学模型探讨机理。实际应用测试采用新疆某煤化工企业废水样本，通过离心和AgNO₃沉淀法预处理去除悬浮物和氯离子。

材料表征结果

SEM显示A-BC形成独特的蜂窝状多孔结构，EDTA-4Na的引入使表面均匀分布Na元素（EDS证实）。BET分析表明其比表面积达1050 m² g^-1，较未改性生物炭（2 m² g^-1）提升525倍，微孔占比86%。FTIR检测到-NH（1630-1527 cm^-1）和N-C（1090 cm^-1）等关键官能团，证实EDTA-4Na成功引入氮元素。XRD谱图显示材料呈非晶态石墨结构，有利于吸附过程。

吸附性能优化

在25℃、pH=2、投加量1.0 g L^-1条件下，A-BC对400 mg L^-1苯酚溶液吸附量达177 mg g^-1，5分钟内即可完成94%吸附。实际煤化工废水测试中，尽管存在其他有机物竞争，吸附量仍保持149 mg g^-1（仅比模拟废水低7.5%）。蒸馏水洗脱后重复使用5次，吸附容量保留率达75%。

机理分析

动力学拟合表明伪二级模型（R²=0.996）更符合吸附过程，说明存在化学吸附。颗粒内扩散模型将吸附分为三个阶段：快速表面吸附（0-5分钟，k_p1=45 g mg^-1 min^-0.5）、缓慢孔隙填充（6-60分钟）和最终平衡。热力学参数（ΔG<0，ΔH=-1.27 kJ mol^-1）证实为自发放热过程，Sips模型拟合最优（R²=0.989），表明吸附存在多分子层和异质表面特性。

该研究通过协同调控孔隙结构和表面化学性质，使A-BC兼具物理吸附（微孔填充）和化学吸附（氢键、π-π堆积）双重机制。相较于同类材料（如表1所列的甘蔗渣活性炭最高588 mg g^-1），A-BC在保持优异性能的同时，原料成本更低且可实现农业废弃物资源化。研究为煤化工、焦化等行业废水处理提供了可规模化应用的解决方案，其"以废治污"的理念对推动绿色化学发展具有重要意义。未来研究可进一步探索工业化生产参数优化及复合污染体系中的选择性吸附机制。