铁氮共掺杂蜂巢状豆渣基多孔碳高效吸附对乙酰氨基酚的研究

针对水体中对乙酰氨基酚(ACT)污染与豆渣废弃物堆积问题，研究人员通过KHCO3 /FeCl3 双活化耦合磁化三步法，制备出Fe-N共掺杂豆渣基多孔碳(KPCFeN -0.5)，其ACT吸附量达635.0 mg/g，较原始材料提升152倍，兼具磁分离优势，为废弃物资源化与污染物治理提供新策略。

　　

研究背景
对乙酰氨基酚（Acetaminophen, ACT）作为全球水体中检出率最高的非甾体抗炎药，浓度可达300.0 mg/L，威胁水生生态与人类健康。与此同时，豆制品加工业产生的大量豆渣因利用率低而长期堆积，造成环境负担。如何协同解决这两大难题？传统吸附材料如活性炭存在成本高、分离困难等缺陷，而生物质多孔碳虽廉价却面临吸附性能不足的瓶颈。

研究设计与方法
济宁市某研究团队创新性提出“三步渐进式”策略：首先以环保型KHCO₃
为初始活化剂构建三维孔隙；随后引入FeCl₃
·6H₂
O实现铁介导二次活化与磁化双功能；最后通过尿素氮源形成Fe-N键以稳定材料。通过调控活化剂比例（KHCO₃
:FeCl₃
:尿素=0.5:1:1），筛选出最优材料KPC_FeN
-0.5。研究结合SEM（扫描电镜）、BET（比表面积分析）和XPS（X射线光电子能谱）等表征手段，系统探究吸附机理。

研究结果

1. 材料优化：700℃、KHCO₃
   掺杂比0.5时，材料比表面积达峰值（2794.0 m²
   /g），微孔容积1.1 cm³
   /g。
2. 吸附性能：KPC_FeN
   -0.5对ACT的饱和吸附量达635.0 mg/g，较未改性材料(PC)提升152倍，且磁饱和强度12.3 emu/g便于磁回收。
3. 机制解析：
   • 孔隙效应：Fe活化使微孔率提升47%，实现ACT分子尺寸匹配的“微孔填充”
   • 化学相互作用：XPS证实Fe-N键（398.5 eV）的存在，通过π-π电子供体-受体(EDA)和n-π作用增强ACT苯环吸附
   • 稳定性：Fe-N配位使铁浸出率降低82%，循环5次后吸附效率仍保持90%

结论与意义
该研究开创性地将豆渣转化为高性能吸附剂，通过KHCO₃
-Fe双活化协同氮掺杂，突破传统生物质碳吸附容量低、分离难的局限。提出的“废弃物治污”模式为农业副产物高值化利用提供范例，其Fe-N稳定化机制为磁性吸附剂设计提供新思路。论文发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，为药物污染控制与碳中和目标实现提供双赢解决方案。