基于稻秆衍生石墨烯状碳材料的同步光催化降解吩噻嗪类染料与光诱导产氢研究

针对纺织废水中的难降解染料甲基蓝(MB)和清洁能源需求，研究人员通过KOH/H3 PO4 活化结合高温热解策略，将稻秆转化为具有高比表面积的石墨烯状碳(GLC)材料。该材料在120分钟光照下实现96%的MB降解率，并产生32,718.6 μmol g?1 的氢气，为农业废弃物资源化与环境污染治理提供了双重解决方案。

　　

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论文解读

纺织工业排放的含吩噻嗪类染料废水对生态系统构成严峻挑战，其中甲基蓝(MB)因其持久性和毒性成为典型污染物。与此同时，全球对绿色氢能的需求日益增长。传统处理方法如吸附法存在再生难题，而单纯的光催化技术往往面临电子-空穴(e^?
/h⁺
)复合率高的问题。如何通过低成本材料实现污染物降解与能源生产的协同效应，成为环境与能源科学领域的重大课题。

针对这一挑战，Gharbia Governorate农场采集的稻秆(RS)被选为原料，通过创新性的"活化-碳化"交替工艺制备石墨烯状碳(GLC)。研究人员系统比较了KOH与H₃
PO₄
两种活化剂在不同温度(900°C)和时间(6/24小时)条件下的处理效果，采用FTIR、XRD、SEM/TEM等表征手段证实材料具有丰富的含氧官能团和sp²
杂化结构。光催化实验显示，RS-900K(24)样品在卤素灯照射120分钟后实现93%的MB降解率，其产氢量达到32,718.6 μmol g^?1
，显著优于传统活性炭。

关键技术方法
研究采用两步法制备GLC：1)化学活化（KOH/H₃
PO₄
浸渍）；2)高温热解（500-1000°C）。通过BET测定比表面积，DRS分析光吸收特性，PL检测载流子分离效率。MB降解实验设置暗吸附对照，氢产量通过气相色谱定量。

研究结果

1. 材料表征：FTIR显示KOH活化样品含更多C=O键；XRD证实RS-900K(24)具有典型石墨(002)晶面衍射峰；TEM观察到清晰的石墨烯片层结构。
2. 吸附-光催化协同：暗吸附实验揭示RS-K900对MB的吸附率达71%，光照后提升至96%，符合伪二级动力学模型。
3. 产氢机制：KOH活化产生的K₂
   CO₃
   中间体在650°C分解形成催化活性位点，促进水分解产氢。

结论与意义
该研究开创性地将农业废弃物转化为多功能GLC材料，其独特的孔隙结构和表面化学性质实现了：1)通过化学吸附与光催化氧化双重路径高效降解MB；2)利用染料敏化效应提升可见光区产氢效率。相比传统物理活化法，KOH化学活化在900°C/24小时条件下获得的材料性能最优，为"以废治废"的循环经济模式提供了科学范本。论文成果发表于《Journal of Water Process Engineering》，对实现联合国SDG6(清洁饮水)和SDG7(清洁能源)目标具有双重推进作用。