红树林植物凋落物水热炭化制备高效吸附剂去除水中内分泌干扰物双酚A的研究

本研究针对水体中内分泌干扰物双酚A（BPA）污染问题，创新性地利用红树林植物凋落物为原料，通过水热炭化（HTC）结合H3PO4活化制备高比表面积（969 m2 g-1）水热炭（hydrochar），实现BPA高效吸附（178.37 mg g-1）。研究揭示了氢键与疏水作用的协同吸附机制，为低成本生物质废弃物资源化及新兴污染物治理提供新策略。

　　

在塑料制品泛滥的现代社会，双酚A（BPA）作为聚碳酸酯和环氧树脂的关键组分，已渗透至食品包装、饮用水甚至衣物纤维中。这种内分泌干扰物会模拟雌激素功能，引发肥胖、2型糖尿病、心血管疾病等健康危机，其在水环境中的残留却仍缺乏有效监控。传统水处理方法对BPA去除率有限，而商业活性炭成本高昂。面对这一困境，巴西巴伊亚州的研究团队另辟蹊径，将目光投向城市红树林中大量废弃的植物凋落物——这些自然凋落的枝叶经简单处理即可转化为高性能吸附材料，既解决废弃物处置难题，又为区域性水污染治理提供可持续方案。

研究团队采用水热炭化（Hydrothermal Carbonization, HTC）与磷酸（H₃PO₄）活化联用技术，通过热重分析（TGA）、氮气吸附-脱附（BET）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等手段系统表征材料特性。来自托多斯奥斯桑托斯湾的红树林凋落物（枝叶比1.8:1）经粉碎、干燥后，分别在有无H₃PO₄浸渍条件下进行水热预处理（150-280°C）及惰性气氛热解，最终获得系列水热炭材料。

研究结果

植物凋落物表征
热重分析显示原料含49.55%半纤维素、18.56%纤维素和31.89%木质素，挥发分达61.72%，符合优质活性炭前体特征。磷活化显著促进中孔（2-50 nm）发育，这对吸附BPA等大分子至关重要。

材料性能优化
当H₃PO₄/水热炭质量比为0.8时（样品P20），获得最优文本特性：比表面积969 m² g^-1，孔容0.5 cm³ g^-1。FTIR证实材料表面富含芳香结构和含氧官能团，为氢键形成奠定基础。

吸附机制解析
BPA吸附量随温度升高从154.36 mg g^-1（27°C）增至178.37 mg g^-1（45°C），热力学分析表明该过程为放热自发反应。通过修正传统模型提出"协同吸附机制"：疏水作用驱动BPA接近炭表面，随后酚羟基与炭表面含氧基团形成氢键完成固定。

结论与意义
该研究开创性地将城市红树林凋落物转化为高性能吸附剂，其BPA吸附容量优于多数报道材料。技术层面，提出水热-磷酸活化协同增效策略，阐明中孔发育与表面化学性质的调控规律；理论层面，创新模型联用方法，纠正了传统热力学参数计算误区。成果发表于《Surfaces and Interfaces》，不仅为沿海城市废弃物资源化提供范本，更推动了对复杂界面吸附过程的认知边界。未来通过调控活化参数，该技术可延伸至其他新兴污染物的治理领域。