苹果酸活化玉米芯生物炭两步热解技术用于非水溶剂中烃类污染物的高效去除

本研究针对石油烃类污染物(TPH)在非水溶剂(如乳酸乙酯EL)中的去除难题，开发了基于苹果酸催化的玉米芯生物炭(CBA)两步热解法(500°C→900°C)。所得CBA具有167 m2/g比表面积和120°水接触角，对TPH的分配系数(2.77 L/g)显著优于商用活性炭(0.86 L/g)，其机制涉及疏水作用/离子偶极力等多重效应，废CBA还可转化为热值34.5 MJ/kg的燃料，为绿色吸附剂开发与资源循环提供新范式。

　　

石油工业产生的含油钻屑每年超过15万立方米，其中油基钻井液所含的烃类污染物(TPH)会引发土壤退化等生态风险。虽然乳酸乙酯(EL)作为绿色溶剂能有效提取钻屑中的TPH，但处理后的废溶剂回收成为新难题。传统活性炭吸附成本高昂，而玉米芯等农业废弃物焚烧处理又会产生PM_2.5等污染物。在此背景下，朱拉隆功大学的研究团队创新性地利用生物基苹果酸活化玉米芯，通过两步热解法制备高性能生物炭(CBA)，成功实现非水溶剂中TPH的高效去除与溶剂再生，相关成果发表于《Biomass and Bioenergy》。

研究采用热重分析(TGA)优化热解程序，通过BET比表面积测试、接触角测量等技术表征材料特性，并采用动力学模型解析吸附机制。以泰国清迈的玉米芯为原料，比较了不同温度(500-900°C)和苹果酸比例(1:1-1:3)对CBA性能的影响。

关键结果

1. 热解条件优化：两步热解(500°C→900°C)配合1:1苹果酸比例，获得19.4%产率的CBA，其无定形碳结构占比高，比表面积达167 m²/g，平均孔径4.46 nm，水接触角120°显示超疏水性。
2. TPH吸附性能：180分钟达到吸附平衡，分配系数2.77 L/g远超商用粉末活性炭(PAC)，最大吸附量达1850 mg/g。FTIR证实吸附主要依赖疏水作用、离子偶极力和孔隙填充效应。
3. 废弃物资源化：废CBA可加工成热值34.5 MJ/kg的衍生燃料(RDF)，满足ASTM标准。

结论与意义
该研究开创性地将苹果酸这种生物可降解酸应用于生物炭改性，突破传统KOH等有毒活化剂的限制。所开发的CBA不仅对非水体系中的TPH具有优异吸附性能，其废料还能能源化利用，形成"吸附-再生-能源回收"的闭环系统。这项工作为农业废弃物高值化利用提供了新思路，同时为石油工业废弃物的绿色处理提供了技术储备，兼具环境效益与经济效益。研究团队特别指出，该方法可扩展至其他木质纤维素类生物质的改性，未来需进一步验证其在真实复杂基质中的稳定性。