泰国硬木与回收塑料废弃物衍生的介孔生物炭复合材料在酸性溶液中去除镍(II)的机制研究及环境应用

为解决塑料废弃物堆积和重金属污染问题，研究人员通过慢速热解技术将泰国硬木与回收塑料废弃物转化为介孔生物炭复合材料(Hardwood-PRPW biochar)，该材料具有42.47 m2 g-1 的高比表面积和24.64 nm的介孔结构，对镍(II)的最大吸附量达84.76 mg g-1 ，遵循Redlich-Peterson等温模型和General Order动力学模型，经4次循环仍保持68.81%吸附效率，为废弃物资源化和重金属治理提供新策略。

　　

随着全球塑料污染和重金属废水问题的加剧，如何实现废弃物高值化利用成为环境科学领域的重大挑战。泰国作为塑料消费大国，每年产生大量难以降解的塑料废弃物，同时电子、电镀等行业排放的含镍废水对生态系统构成严重威胁。传统吸附材料存在成本高、再生性差等问题，而将生物质与塑料废弃物协同转化制备功能材料的研究尚属空白。

针对这一难题，泰国研究人员创新性地采用本地硬木和不可回收的聚丙烯塑料废弃物(PRPW)为原料，通过400°C慢速热解制备出介孔生物炭复合材料。研究通过SEM-EDX、BET、FTIR等多维表征手段证实，该材料具有42.47 m²
g^-1
的比表面积和0.1121 cm³
g^-1
的孔容积，碳含量提升至86.44%。在pH 2-8的酸性环境中，材料对镍(II)的吸附遵循Redlich-Peterson混合吸附模型，最大吸附容量达84.76 mg g^-1
，显著优于传统生物炭材料。

研究采用的关键技术包括：1) 优化4:1比例的硬木与PRPW共热解工艺；2) 通过ICP-OES测定镍离子浓度；3) 运用非线性回归分析吸附动力学；4) 设计五轮吸附-解吸循环实验评估再生性能。

【3.1 SEM-EDX】电镜分析显示热解后材料形成丰富介孔结构，碳元素占比从原料58.04%提升至84.98%，铝、钙等金属元素保留为潜在活性位点。

【3.3 比表面积】BET测试揭示24.64 nm的平均孔径和IV型吸附等温线，证实材料具有理想的介孔特征。

【3.9 动力学吸附】General Order模型(R2=0.9972)和Fractal-Like PSO模型表明化学吸附主导过程，涉及表面络合、离子交换等多重机制。

【3.10 吸附等温线】Redlich-Peterson模型最佳拟合说明存在单层与多层混合吸附，AIC准则(-5.18)验证其优越性。

【3.12 热力学】ΔG^o
为-25.94至-30.04 kJ mol^-1
证实自发吸附，ΔH^o
=35.15 kJ mol^-1
显示吸热特性。

【3.13 再生性】四次循环后吸附保持率68.81%，解吸效率43.62%，表明材料具有实用潜力。

该研究突破性地实现了两类废弃物的协同转化，开发的生物炭复合材料在酸性条件下对镍(II)表现出卓越的吸附性能。其创新价值体现在：1) 为解决塑料污染提供"以废治废"新思路；2) 揭示PRPW改性生物炭的介孔形成机制；3) 建立适用于复杂吸附体系的Redlich-Peterson-Toth联合模型；4) 证实材料在强酸环境中的稳定性。这项成果发表于《South African Journal of Chemical Engineering》，不仅为重金属废水处理提供经济高效的吸附剂，更推动循环经济理念在环境治理中的实践应用，对发展中国家兼具生态与经济双重意义。