微波辅助水热碳化技术转化猪场废水微藻制备功能化水炭及其染料吸附应用研究

本研究针对猪场废水处理与资源化难题，创新性地采用微波辅助水热碳化(MHTC)技术将微藻转化为高附加值水炭(hydrochar)。通过响应面法(RSM)优化获得58.8 wt.%产率，制备的水炭具有23.56 MJ/kg热值及107.5 mg/g亚甲基蓝吸附容量，实现废水处理-碳回收-染料去除三重效益，为循环生物经济提供新范式。

　　

随着城镇化进程加速，工业废水处理面临严峻挑战。猪场废水富含氮磷等营养盐，传统处理方式成本高且资源浪费。微藻因其卓越的污染物去除能力（如对氨氮100%去除率）和CO₂
固定潜力（1.8 kg CO₂
/kg生物量），成为废水处理的新选择。然而，如何将微藻生物质转化为高附加值产品仍待突破。水热碳化(HTC)技术能在160-270°C温和条件下将湿生物质转化为水炭(hydrochar)，但传统加热方式效率低下。台湾某研究机构团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表研究，创新性地结合微波加热优势，开发出微波辅助水热碳化(MHTC)新工艺。

研究采用响应面法(RSM)优化工艺参数，通过Box-Behnken实验设计确定190°C、10分钟、7.5%生物量/水比为最佳条件。利用FTIR、SEM、BET等技术表征材料特性，并通过批量吸附实验评估染料去除性能。

【Microalgae strain and cultivation conditions】
采用从台湾南部分离的Chlorella sorokiniana SU-1菌株，在含50% BG-11培养基的猪场废水中培养，获得6.6±0.16 g/L生物量浓度。

【Cultivation of C. sorokiniana SU-1 biomass】
微藻培养使废水COD从1997±3 mg/L降至187.5±1.5 mg/L，氨氮从101.75±1.75 mg/L降至4.9±0.2 mg/L，实现高效净化。

【Conclusions】
研究证实MHTC技术可制备碳含量52.83%、热值23.56 MJ/kg的功能化水炭，其对亚甲基蓝的吸附符合Freundlich等温模型，最大吸附量达107.5 mg/g。这种"以废治废"策略不仅实现废水净化，还获得具有能源和环保应用潜力的功能材料。

该研究的突破性在于：首次将MHTC技术应用于猪场废水微藻转化，通过RSM优化显著提升工艺效率；制备的水炭兼具能源特性（23.56 MJ/kg）和环境修复功能（87%染料去除率）；验证了从废水处理到材料应用的完整技术链条。Yu-Shen Cheng团队的工作为发展"废水-微藻-水炭-污染治理"的循环经济模式提供了关键技术支撑，对推动可持续发展具有重要意义。