亚麻屑水热炭高效去除废水中五氯酚和亚甲基蓝染料的可持续解决方案

本研究针对废水中难降解污染物五氯酚(PCP)和亚甲基蓝(MB)的去除难题，利用亚麻屑(FS)通过水热碳化(HTC)制备低成本吸附剂(FS-HC)。结果表明，FS-HC在20分钟内实现81% PCP去除，45分钟内达到95% MB去除，且再生性能良好。该研究为生物质废弃物资源化利用和水污染治理提供了创新方案。

　　

随着工业发展和人口增长，水污染问题日益严峻，其中持久性有机污染物五氯酚(PCP)和染料亚甲基蓝(MB)因其毒性和难降解特性备受关注。传统处理方法成本高且易产生二次污染，而吸附法因其高效、经济的特点成为研究热点。亚麻屑作为亚麻纤维加工的副产品，年产量大但利用率低，通常被焚烧或填埋，既浪费资源又污染环境。如何将这类生物质废弃物转化为高附加值产品，同时解决水污染问题，成为环境领域的重要课题。

加拿大新斯科舍省塔普罗特农场(TapRoot Farms, NS, Canada)的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，通过简单的水热碳化(HTC)工艺将亚麻屑转化为水热炭(FS-HC)，系统评估了其对PCP和MB的吸附性能。研究采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征技术分析材料特性，通过批量吸附实验考察pH、温度等参数影响，结合动力学和热力学模型阐明吸附机制。

材料与方法
研究以亚麻屑为原料，在250°C下水热碳化1小时制备FS-HC。通过SEM观察形貌，BET测定比表面积(55 m² g^-1)，FTIR和XPS分析表面官能团。批量吸附实验考察了pH(3-11)、温度(25-45°C)等因素对PCP和MB去除的影响，采用伪二级动力学和Temkin/Langmuir等温模型拟合数据。

结果与讨论
3.1部分显示FS-HC保留了亚麻屑的纤维结构，但表面粗糙度增加，出现利于吸附的微孔。FTIR检测到C=O、O-H等官能团，XPS证实了含氮基团的存在。Zeta电位测定显示FS-HC的零电荷点(pH_PZC)为5.4，解释了其在酸性条件下对PCP、碱性条件下对MB的高效吸附。

3.2部分发现FS-HC对PCP和MB的吸附均呈现快速初期阶段，20分钟内可达平衡。最佳条件下(0.1 g/L FS-HC，pH 3)，PCP去除率达81%；而MB在pH 11、0.5 g/L剂量下去除率达95%。吸附容量分别为44.9 mg/g和51.3 mg/g，优于许多生物质基吸附剂。

3.3-3.5部分通过动力学和热力学分析揭示：伪二级动力学模型(R²>0.99)表明化学吸附主导；Temkin模型拟合PCP吸附(ΔH=-37.09 kJ/mol)，Langmuir模型更适合MB，说明两者机制差异。负的ΔG值(-9.3至-4.2 kJ/mol)证实过程自发，ΔH为负值表明放热特性。

3.6部分展示FS-HC经6次循环后，PCP和MB去除率仅下降23%和10%，显示良好再生潜力。但SEM显示吸附后表面官能团减少，提示后续可优化再生方法。

该研究首次将亚麻屑水热炭用于PCP吸附，证实其作为低成本吸附剂的潜力。材料制备无需化学改性，符合绿色化学原则，为生物质废弃物高值化利用和水污染治理提供了双赢方案。未来研究可探索实际废水处理中的应用，并进一步优化材料性能以提高循环稳定性。