热解多源塑料废物制备活性炭及其对染料孔雀石绿的高效去除机制研究

本研究针对塑料污染治理与染料废水处理双重难题，创新性地通过热解-退火-碱活化工艺将混合塑料废料转化为高效吸附剂（比表面积30.765 m2 /g），对典型阳离子染料孔雀石绿（MG）的去除率达99.3%。通过人工神经网络（ANN）优化证实Levenberg-Marquardt反向传播模型最佳拟合实验数据（R2 =0.964），热力学分析显示ΔG°为负值（-8.27至-6.307 kJ M-1 ）证实自发吸附过程。该研究为"废塑转财富"提供了环境友好解决方案。

　　

随着全球塑料年产量突破3.6亿吨，塑料污染已成为最严峻的环境挑战之一。更棘手的是，纺织印染行业每年向水体排放28万吨合成染料，其中三苯甲烷类染料孔雀石绿（Malachite Green, MG）因其致癌性、致畸性被多国禁用，却仍在发展中国家违规使用。传统处理方法如生物降解对MG无效，而高级氧化工艺又易产生有毒副产物。与此同时，全球塑料回收率不足9%，大量混合塑料废物（MMPW）因分选困难沦为环境负担。

针对这一双重困境，来自印度理工学院与加德满都大学的研究团队创新性地提出"以废治毒"策略，通过催化热解将HDPE/LDPE/PET/PP/PS混合塑料转化为功能化活性炭，并系统评估其对MG的去除效能。研究发现，经450℃热解结合10% NaOH活化处理的炭材料（C2）表面富含-OH、-C-OH等官能团（FTIR证实），对MG的吸附容量达39.25 mg/g，显著优于甘蔗渣（3.42 mg/g）和马铃薯皮（35.61 mg/g）等传统吸附剂。

研究采用多尺度表征与建模技术：通过SEM观察到炭材料具有褶皱层状结构，BET测得比表面积30.765 m²
/g；XRD显示26.73°和29.6°特征峰证实石墨化结构；pH_pzc
测定表明材料在pH>8.2时表面带负电；结合Levenberg-Marquardt算法构建的ANN模型实现工艺优化（R²
=0.964）。

主要研究发现包括：

1. 材料表征：FTIR检测到3373 cm^-1
   （-OH）和1435 cm^-1
   （-CH₂
   ）特征峰，NaOH活化使吸附容量提升12.3%（C2:9.93 vs C1:8.84 mg/g）。
2. 参数优化：在pH 10、1 g/L投加量、303 K条件下取得最佳效果，吸附过程符合Freundlich模型（R²
   =0.95），表明多分子层异质表面吸附。
3. 动力学机制：伪二级动力学拟合最佳（k₂
   =0.019 g mg^-1
   min^-1
   ），E_a
   =207.65 kJ/mol证实化学吸附主导。
4. 广谱吸附性：对亚甲基蓝（MB）吸附量达9.81 mg/g，但对阴离子染料曙红Y（EY）效率降低，显示电荷选择性。

这项研究的重要意义在于：首次系统论证了混合塑料热解炭对MG的去除效能，通过ΔG°=-8.27 kJ/mol（298K）等热力学参数证实过程的自发性；开发的ANN模型为工业放大提供可靠工具；提出的"塑料升级循环-污染治理"协同策略，为发展中国家同时解决塑料污染和染料废水问题提供了技术范式。研究结果发表于《Waste Management Bulletin》，为联合国可持续发展目标（SDGs）中"清洁水源"和"负责任消费"目标的实现提供了创新路径。值得注意的是，材料对多环芳烃（PAHs）的吸附能力（8.76 mg/g）提示其在复杂废水处理中的潜在应用价值，但针对药物残留（如雷尼替丁）的去除效率仍需进一步优化。