热解参数对岩蔷薇(Cistus ladaniferus)生物炭与活性炭环境应用性能的影响机制研究

本研究针对环境修复与碳封存需求，系统探究了岩蔷薇生物质在热解温度、升温速率和粒径参数调控下制备生物炭及活性炭的性能优化。通过FTIR、SEM-EDXA和BET等表征技术，揭示了H3PO4活化制备的AC-Sha比表面积达1210 m2 g?1，对阿莫西林吸附量达1250 mg g?1，为污染治理提供了高效可持续材料。

　　

随着全球气候变化加剧，碳封存和环境污染治理成为21世纪重大挑战。IPCC报告指出，当前全球平均气温较工业化前已升高1.1°C，引发极端天气和生物多样性丧失。在此背景下，利用生物质热解制备生物炭和活性炭的技术，因其兼具碳固定和污染物吸附双重功能而备受关注。然而，现有研究多集中于传统农林废弃物，对地中海地区广泛分布的岩蔷薇(Cistus ladaniferus)这类高适应性植物的开发仍属空白。为此，来自摩洛哥Tangier-Tetouan-Al Hoce?ma地区的研究团队在《Journal of Renewable Materials》发表研究，系统探索了岩蔷薇种子和壳体制备生物炭的工艺优化及其活化产物的环境应用性能。

研究采用热重分析、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)结合能谱(EDXA)、氮气吸附-脱附(BET)和X射线衍射(XRD)等关键技术。其中种子在450°C、升温速率21°C min^?1、粒径0.3-0.6 mm条件下热解，壳体制备则采用40°C min^?1升温速率和2-3 mm粒径。活化阶段分别使用H₃PO₄和NaOH进行化学处理。

【热解参数对生物炭合成的影响】
研究发现温度升高显著降低生物炭产率，450°C时种子生物炭产率较200°C下降40%。小粒径种子(0.075-0.5 mm)因热扩散充分导致挥发分释放更彻底，产率比大粒径(0.6-1.2 mm)低15%。壳体的高升温速率(70°C min^?1)使产率较慢速(20°C min^?1)降低25%，证实热力学参数对碳保留的关键调控作用。

【生物炭与活性炭特性分析】
FTIR显示H₃PO₄活化产物(ACSha)在3400-3500 cm^?1出现N-H胺键，而NaOH活化样品(ACShb)在2300-2500 cm^?1存在Na⁺/Cl^?特征峰。BET分析揭示ACSha具有1210 m² g^?1的比表面积和2.73 nm平均孔径，显著优于NaOH活化产物的678.74 m² g^?1。EDXA证实酸活化提升碳含量至96.40 wt.%，氧含量降至2.37 wt.%。XRD显示NaOH活化诱导结晶相生成，在26°出现石墨(002)晶面衍射峰。

【吸附应用性能】
动力学研究表明抗生素吸附符合准二级模型，ACSha对阿莫西林的Q_e达237.68 mg g^?1(R²=0.998)。等温吸附中ACSha对阿莫西林的Langmuir最大吸附量达1250 mg g^?1，Freundlich系数n=1.25显示有利吸附条件。重金属吸附方面，ACSa对Cr⁶⁺的Q_e,m为125 mg g^?1，RL值0.44-0.83表明自发吸附过程。

该研究创新性地将地中海地区岩蔷薇废弃物转化为高性能环境材料，酸活化生物炭的优异吸附性能源于其分级孔隙结构和表面化学性质的协同作用。相比传统生物质，岩蔷薇衍生材料在比表面积(提升80%)和碳保留率(提高11%)方面表现突出，为区域性生物质资源化提供了范例。研究建立的工艺参数-结构-性能关系模型，不仅指导了污染控制材料的定向设计，更推动了"废弃物-碳材料-环境修复"的闭环可持续发展模式。未来研究可进一步探索材料再生性能及工业化放大生产的经济性评估。