铜催化CO2 物理化学活化法合成酚醛树脂基高比表面积活性炭及其吸附性能研究

本研究针对传统活性炭制备方法的环境污染与效率瓶颈，创新性地采用铜(Cu)催化CO2 物理化学活化法，以合成酚醛树脂为前驱体制备高比表面积活性炭(AC)。通过优化Cu含量(0.4% w/w最佳)和活化参数，获得SBET 达1700 m2 g?1 、亚甲基蓝吸附量815 mg g?1 的优质材料，且可循环使用3次，为热固性塑料废弃物资源化提供新思路。

　　

热固性塑料废弃物正成为全球环境治理的难题，其中酚醛树脂（俗称电木）因交联结构难以降解，中国2020年产量已达143万吨。传统活性炭生产依赖椰子壳等生物质原料，而化学活化法虽能获得高比表面积（~3000 m²
g^?1
）却产生大量污染，物理活化法又面临效率低下（~1000 m²
g^?1
）的困境。如何通过绿色工艺将废弃酚醛树脂转化为高性能活性炭，成为材料科学领域的重要课题。

巴西拉夫拉斯联邦大学的研究团队创新性地提出铜(Cu)与CO₂
协同的物理化学活化策略。通过将Cu（0-2.5% w/w）掺入酚醛树脂前驱体，在900°C、CO₂
流量0.3 L min^?1
条件下活化90分钟，成功制备出系列活性炭。研究采用FTIR（傅里叶变换红外光谱）、PXRF（偏振X射线荧光）、Raman显微镜、FE-SEM（场发射扫描电镜）和N₂
物理吸附等技术表征材料特性，并通过亚甲基蓝(MB)吸附实验评估性能。

研究结果

1. 合成与表征：Cu含量0.4%的样品(AC-Cu/0.4%)展现出最优性能，S_MB
   （亚甲基蓝吸附指数）达1572.95 m²
   g^?1
   ，Cu均匀分布且材料呈非晶态结构。
2. 吸附性能：Langmuir模型拟合显示AC-Cu/0.4%对MB的最大吸附量(q_m
   )达815 mg g^?1
   ，优于无铜样品。
3. 再生能力：经过3次吸附-脱附循环后，AC-Cu/0.4%仍保持85%以上吸附效率。
4. 机理分析：Cu通过催化CO₂
   气化反应促进微孔形成，但过量Cu(>0.8%)会导致孔结构坍塌。

结论与意义
该研究证实低剂量Cu(0.4%)可显著提升CO₂
活化效率，使S_BET
提升70%至1700 m²
g^?1
，同时降低烧失率(burn-off)。这种"催化型物理化学活化"策略兼具化学活化效率与物理活化环保性，为电木废弃物高值化利用提供技术支撑。材料在染料废水处理、气体净化等领域的应用潜力已通过MB吸附实验得到验证，其可循环特性进一步增强了工业化应用可行性。该成果发表于《Materials Science and Engineering: B》，为热固性塑料的绿色升级改造树立了新范式。