基于Lecythis minor活性炭的优化吸附技术：双氯芬酸钠的动力学与等温线分析及其环境应用

推荐：本研究针对水体中新兴污染物双氯芬酸钠（DS）的去除难题，通过硝酸（NA）和过硫酸铵（APS）化学改性Lecythis minor果壳活性炭（CALM），系统探究其吸附性能。结果表明，改性后的CALM-NA和CALM-APS吸附容量分别提升至242.4 mg/g和236.4 mg/g，动力学符合伪二级模型（PSO），等温线显示Langmuir吸附占主导。该研究为可持续高效去除药物污染物提供了新策略。

　　

随着制药和个人护理产品（PPCP）的广泛使用，双氯芬酸钠（Diclofenac Sodium, DS）作为典型非甾体抗炎药，已成为水体中高检出率的新兴污染物。其极性强、生物降解性差，传统污水处理工艺对其去除率仅21%-40%，且低浓度即可对水生生物（如鲤鱼、虹鳟鱼）造成生长抑制或器官损伤。如何高效去除DS成为环境治理的紧迫课题。吸附法因操作简便、成本低而备受关注，但常规活性炭（AC）对DS的选择性不足，亟需通过表面改性提升性能。

哥伦比亚的研究团队以热带植物Lecythis minor果壳为原料，通过磷酸活化制备活性炭（CALM），并分别采用硝酸（NA）和过硫酸铵（APS）氧化改性，获得CALM-NA与CALM-APS。研究系统表征了材料结构，发现氧化处理虽使比表面积从2334 m²/g降至1110-1940 m²/g，但引入了羧基、磺酸基等官能团，显著提升DS吸附性能。论文发表于《Journal of Molecular Liquids》，为生物质资源化利用和污染物治理提供了创新方案。

研究采用氮气/二氧化碳吸附测定孔隙结构（BET/BJH/DFT）、傅里叶红外光谱（FTIR）分析表面化学、扫描电镜（SEM）观察形貌，结合Boehm滴定和零电荷点（PZC）测定官能团分布。吸附实验通过批次振荡进行，利用紫外分光光度法（UV-Vis）监测DS浓度变化，并采用伪一级（PFO）、伪二级（PSO）模型及粒子扩散（Crank-Boyd/Vermeulen）模型解析动力学机制。

3.1 表面孔隙结构分析
N₂吸附等温线显示，CALM-NA和CALM-APS保留微介孔结构，但滞后环变窄，表明氧化导致部分孔隙堵塞。CO₂吸附证实APS处理使超微孔（<7 ?）体积减少55%，孔径从1.747 ?扩大至4.108 ?，印证了氧化剂的侵蚀作用。

3.3 FTIR与表面化学特性
FTIR谱图中，CALM-NA在1550 cm^-1出现C=N键振动，CALM-APS在1091 cm^-1显示S=O特征峰，证实氮化和磺化成功。Boehm滴定显示，CALM-NA的羧基含量达1.09 meq/g，PZC从5.1降至3.3，表面酸性增强。

3.6.1 吸附动力学
PSO模型拟合最优（R²>0.99），CALM-NA的速率常数k₂（6.83×10^-5 g/(mg·min)）高于CALM。Vermeulen模型表明，孔隙-表面扩散是限速步骤，改性碳的扩散系数（D_V/r²）提升2倍。

3.6.2 吸附等温线
Langmuir模型预测CALM-NA最大吸附量（254.3 mg/g），Freundlich异质性因子（1/n≈0.3）证实表面非均质性。Temkin模型的正B值（34-49 J/mol）表明吸附为放热过程。

该研究证实，化学氧化通过引入含氧/氮/硫官能团，显著增强DS吸附性能，且表面化学性质比比表面积更具决定性。Lecythis minor活性炭的高吸附容量（>200 mg/g）和可持续原料特性，为工业废水处理提供了经济高效的解决方案。未来研究可进一步优化氧化工艺，平衡孔隙结构与官能团密度，推动实际应用。