ZnCl2活化聚酯废料制备活性炭及其对阳离子/阴离子染料的高效吸附机制研究

为解决工业染料废水污染难题，巴基斯坦Fibre Craft Industries团队创新性地利用玻璃纤维增强聚合物(GFRP)废料中的聚酯基质，通过ZnCl2化学活化法制备高性能活性炭(AC)。研究采用响应面法(RSM)优化工艺，实现对亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)的近乎完全去除(100%/99%)，揭示了以化学吸附为主导的π-π堆积、静电作用等多机制协同过程，为工业废料资源化与废水治理提供双重解决方案。

　　

随着全球塑料年产量突破3.7亿吨，玻璃纤维增强聚合物(GFRP)因其卓越性能成为建筑、航空等领域的重要材料，但其不可降解特性导致每年产生超200万吨废料。与此同时，纺织工业排放的染料废水正威胁生态系统——仅亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)两类染料就引发从心血管疾病到致癌的系列健康风险。传统处理方法面临效率低、成本高的困境，而活性炭(AC)吸附技术虽有效却受限于原料不可持续性问题。

巴基斯坦拉合尔Fibre Craft Industries的研究团队独辟蹊径，将GFRP废料中的聚酯基质转化为高效吸附剂。通过锌氯化物(ZnCl₂)活化与优化热解工艺，制备出具有异质多孔结构的活性炭，在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》发表的研究中展现出革命性突破：该材料对MB和CR的去除率分别达100%和99%，且可循环使用5次以上。

研究团队运用响应面法(RSM)结合中心复合设计(CCD)优化吸附参数，通过BET比表面积分析、FTIR光谱和SEM电镜等技术表征材料特性。动力学研究采用伪二级模型和粒子内扩散模型，等温线分析则结合Langmuir与Freundlich模型。特别通过EDX元素分布和热重分析揭示了ZnCl₂的脱水活化机制。

材料表征

SEM显示活化后AC形成2-8μm的松散粗糙表面，EDX证实含82.7%碳和14.7%氧。BET分析测得显著孔隙率，FTIR检测到羟基/羧基等关键官能团，为染料吸附提供活性位点。

吸附机制

MB吸附符合Langmuir单层模型(化学吸附主导)，CR则同时符合Langmuir和Freundlich模型(多分子层吸附)。动力学分析表明伪二级模型R²>0.99，证实化学吸附涉及π-π共轭、离子交换和氢键等多重作用。

实际应用

在pH=8、30°C条件下，1g/L AC剂量可完全去除100mg/L MB；而CR在pH=3时需50°C达到最佳效果。热力学显示MB为放热(ΔH=-18.3kJ/mol)、CR为吸热(ΔH=+15.7kJ/mol)过程，暗示不同吸附驱动力。

这项研究实现了"以废治污"的双重突破：既解决了GFRP废料处置难题，又创造出高效染料吸附剂。ZnCl₂活化工艺使聚酯废料比表面积提升40倍以上，其特有的微/介孔协同结构克服了传统AC的局限性。研究为工业废水处理提供了成本低于$5/kg的可持续解决方案，更开创了复合材料循环经济的新范式。团队特别指出，该方法可扩展至其他热固性塑料废料处理，有望推动整个复合材料产业的绿色转型。