铁改性酚醛蒸馏残渣活性炭的制备及其对含磷废水的高效净化与资源化回收

本研究针对工业固体废弃物酚醛蒸馏残渣资源化利用与含磷废水净化难题，创新性地以FeCl3 改性制备铁基活性炭（x-Fe-RAC），实现静态吸附容量26.29 mg/g（较空白提升12倍），动态循环5次仍保持良好再生率。该研究为"以废治废"提供了可行方案，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

　　

研究背景
随着工业快速发展，磷肥农药的过度使用导致水体富营养化问题日益严峻，而工业蒸馏残渣的传统焚烧填埋处理方式又造成资源浪费。酚醛蒸馏残渣作为典型难处理固废，虽含碳量高却鲜少被资源化利用。与此同时，现有磷酸盐吸附材料多存在制备工艺复杂、成本高等问题。如何将工业固废转化为高效吸附剂，实现"以废治污"的双重效益，成为环境工程领域的重要课题。

研究概况
江苏某高校研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，以酚醛蒸馏残渣为碳源，通过FeCl₃
改性和KOH活化一步法制备铁基活性炭（x-Fe-RAC）。该材料在298 K时对磷酸盐的最大吸附量达42.52 mg/g（Langmuir模型），且通过5次吸附-解吸循环验证其稳定性，解吸液中磷酸盐浓度显著提升，实现资源回收。

关键技术
研究采用X射线光电子能谱（XPS）和N₂
吸脱附表征铁掺杂形态，结合静态吸附实验探究pH/共存离子影响，通过Langmuir等温模型和动力学分析阐明吸附机制。动态柱实验模拟实际废水处理场景，采用HCl-NaCl混合液进行再生。

研究结果

1. 材料表征
   XRD显示0.5-Fe-RAC在35.4°、56.9°出现Fe₃
   O₄
   特征峰，XPS证实Fe²⁺
   /Fe³⁺
   共存。BET比表面积达3851 m²
   /g，孔径分布以2-5 nm介孔为主。

2. 吸附性能
   在pH 3-10范围内保持>80%吸附效率，Ca²⁺
   存在时吸附量提升27%。拟二级动力学模型拟合R²

0.99，表明化学吸附主导。

1. 机制分析
   FT-IR显示P-O-Fe键形成，Zeta电位证实静电吸引作用。铁氧化物与磷酸盐的配体交换（ligand exchange）是核心机制。

2. 再生应用
   动态实验显示穿透体积达120 BV（床体积），再生后吸附容量保持初始的89%。解吸液磷酸盐浓度浓缩8.6倍，具备直接回收价值。

结论与意义
该研究开创性地将酚醛蒸馏残渣转化为高效铁基活性炭，突破传统吸附剂制备多步骤、高成本的局限。提出的"络合-静电"协同机制为改性碳材料设计提供新思路，动态实验验证其工程化应用潜力。通过将工业固废与废水处理耦合，实现"废物治污-资源回收"的闭环策略，对推动绿色化工发展具有示范意义。研究团队Yeyang Ni、Chunlong Qiu等强调，该方法可扩展至其他含碳工业残渣的资源化利用，为《"十四五"循环经济发展规划》提供技术支撑。