水热预处理与活化气氛协同调控椰枣核活性炭孔隙结构的绿色制备策略及其吸附性能研究

本研究针对传统活性炭(AC)制备过程中化学添加剂污染和高能耗问题，创新性地采用椰枣核为原料，结合水热预处理(Hydrothermal treatment)和CO2/蒸汽物理活化联用技术，开发出具有分级孔隙结构的环保型活性炭。研究发现水热预处理使生物炭产率提升25%，混合活化剂产生协同效应显著提高孔隙率，所得材料对布洛芬吸附量达88.4 mg/g，为水处理领域提供了绿色解决方案。

　　

在全球环境治理和碳中和背景下，活性炭(Activated Carbon, AC)作为"环境净化卫士"面临巨大需求缺口，2020年全球产量已达170万吨。传统化学活化法虽能高效造孔，但强酸强碱的使用带来严重环境污染；物理活化虽环保却面临孔隙结构调控不精准的瓶颈。更棘手的是，农业废弃物椰枣核年产量超千万吨，其高木质素含量本应是理想原料，但现有技术难以兼顾高孔隙率与绿色制备。

西班牙研究团队在《Fuel Processing Technology》发表突破性研究，创新性地将水热预处理与CO₂/蒸汽混合活化相结合，成功制备出具有三级孔隙结构的超级活性炭。研究团队采用非等温热重分析(SDT 2960)、低温N₂/CO₂吸附(3FLEX-Micromeritics)、X射线光电子能谱(XPS, K-Alpha)等表征手段，系统研究了活化机理；通过甲烷高压吸附(DMT GmbH微天平)和布洛芬吸附实验(UV-Vis/NIR Jasco V-670)评估应用性能。

3.1 活性炭制备
水热预处理在220°C下使椰枣核发生43%液化，生物炭产率提升至28%（传统法仅22%）。TG曲线显示，预处理样品在240-360°C失重率降低，证实半纤维素优先降解和交联结构形成。混合活化剂(CO₂:蒸汽=2:1)展现出协同效应，在880°C活化时，CS系列样品燃烧损失(BO)达76%，远超单一活化剂效果。

3.2 孔隙结构表征
N₂吸附等温线显示：CO₂活化主要产生0.7-2 nm微孔（C61样品V_N2=0.89 cm³/g），蒸汽活化则形成介孔（S64样品V_meso=0.13 cm³/g）。水热预处理样品9CH62展现出独特优势：窄微孔体积(V_CO2)达0.75 cm³/g，同时保有0.22 cm³/g介孔体积。TEM揭示其纳米网状结构（20-50 nm），SEM则观察到微球形态在86%高BO下仍保持完整。

3.3 应用性能评估
甲烷吸附测试显示9CH62比吸附量最优（0.92 cm³/g），但因堆积密度仅0.49 g/cm³，体积容量反低于传统样品。布洛芬吸附出现反常现象：水热处理样品9CH62去除率高达98.2%，是未处理样品的2.6倍。XPS和拉曼光谱(Raman)揭示其奥秘：虽然表面含氧基团相似，但石墨微晶尺寸(L_a)达44.8 nm（传统样品23.9 nm），更大的疏水基底降低了水分子竞争吸附。

这项研究开创性地证明了水热预处理与混合活化剂的协同价值：既通过增强石墨微晶有序度提升疏水性，又利用CO₂的深度扩散与蒸汽的扩孔效应构建分级孔隙。所开发的绿色制备工艺，不仅为农业废弃物高值化利用提供新思路，其"疏水-亲有机"的特殊表面性质更为难降解有机污染物治理开辟了新途径。特别是混合活化策略将活化效率提升30%以上，对推动活性炭工业的可持续发展具有重要示范意义。