木薯根茎衍生碳纳米材料连续吸附去除水中甲苯的优化研究：基于RSM与GRG的协同策略

本研究针对工业废水中挥发性有机物(VOCs)污染问题，创新性地利用木薯根茎制备碳纳米材料，通过响应面法(RSM)和广义简约梯度法(GRG)优化连续吸附工艺。结果表明，在流速20.80 mL/min、床高10.71 cm、甲苯初始浓度97.60 ppm条件下，吸附容量达211.517 mg/g，为农业废弃物资源化及VOCs治理提供了可持续解决方案。

　　

工业废水中的甲苯污染一直是环境治理的难点，这种挥发性有机物(VOC)不仅威胁人体神经系统，还会形成臭氧污染。传统吸附剂如活性炭成本高昂，而农业废弃物转化材料为绿色治理提供了新思路。木薯作为热带地区主要经济作物，其根茎通常被废弃，但富含纤维素(51.79%)和木质素(16.25%)的特性使其成为理想碳源。

来自Salalah地区的研究团队在《South African Journal of Chemical Engineering》发表研究，首次将木薯根茎碳纳米材料应用于甲苯连续吸附。通过400°C碳化制备的纳米材料具有多孔结构（SEM证实）和丰富官能团（FTIR检测到-OH、C=C等），采用Box-Behnken设计结合GRG算法优化，最终使吸附容量突破211.5 mg/g。

材料与方法
研究采用三步技术路线：(1)木薯根茎经球磨-超离心获得<125 nm碳材料；(2)通过SEM、XRD、FTIR表征材料特性；(3)建立柱式连续吸附系统，结合RSM和Excel Solver的GRG模块进行参数优化。

研究结果
3.1 材料表征
SEM显示材料具有粗糙多孔表面，XRD证实其含石墨化结构，FTIR检测到羟基(3200-3600 cm^-1
)和芳环(1600 cm^-1
)等活性位点，为吸附提供物理化学基础。

3.2 优化分析
RSM建立的二次模型R²
达0.959，扰动图显示床高(B)对吸附影响最大。局部优化获得211.051 mg/g容量（流速20.69 mL/min，床高9.85 cm），GRG全局优化进一步提升至211.517 mg/g。

结论与意义
该研究开创性地将农业废弃物转化为高效吸附剂，其性能优于传统材料（如活性炭通常<200 mg/g）。创新点在于：(1)首次将木薯根茎碳纳米材料用于甲苯吸附；(2)RSM-GRG协同优化策略将吸附容量提升0.47 mg/g；(3)为VOCs治理提供"以废治废"新范式。未来需研究材料再生性及复杂水体中的竞争吸附机制，以推动实际应用。