低温等离子体改性杉木活性炭提升甲基橙吸附性能的机制与再生研究

本研究针对印染废水处理难题，采用介质阻挡放电低温等离子体(DLTP)技术改性杉木活性炭(FAC)，系统探究了等离子体气氛、放电电压等参数对材料结构及甲基橙(MO)吸附性能的影响。最优条件下比表面积提升至913 m2/g，吸附容量提高57%，再生率达125.2%，为生物质吸附剂绿色改性提供了新思路。

　　

随着印染工业的快速发展，偶氮染料甲基橙(MO)等污染物对水生态系统的威胁日益严峻。这类物质不仅造成视觉污染，更会通过食物链富集危害人体健康。传统处理方法如高级氧化工艺(AOPs)存在成本高、副产物多等缺陷，而生物质活性炭吸附法虽具成本优势，但常规改性方法能耗高、污染重。如何通过绿色技术改造农林废弃物制备高效吸附剂，成为环境领域的研究热点。

辽宁科技大学的研究团队创新性地采用介质阻挡放电低温等离子体(Dielectric Barrier Discharge Low-Temperature Plasma, DLTP)技术对杉木活性炭(Fir-based Activated Carbon, FAC)进行改性。这项发表在《Environmental Research》的研究发现，在空气气氛、180 V电压、10分钟处理的优化条件下，改性材料(BPFAC)比表面积从841 m²/g提升至913 m²/g，MO吸附容量显著提高57%。更令人振奋的是，经五次再生循环后仍保持78.4%的吸附性能，为生物质吸附剂的工业应用提供了重要参考。

研究团队综合运用扫描电镜(SEM)、比表面积分析(BET)、拉曼光谱等技术表征材料特性，通过吸附动力学和等温线模型解析作用机制。关键发现包括：1）DLTP处理同时扩增了材料的介孔结构和微孔结构；2）XPS证实氧原子含量从15.3%增至19.7%，羧基等含氧官能团显著增加；3）吸附过程符合伪二级动力学模型和Freundlich等温线，揭示多层吸附特性；4）再生实验显示等离子体产生的活性氧物种(O*、O₃)能有效分解吸附质。

在材料表征部分，SEM图像显示等离子体处理后的FAC表面形成明显蚀刻沟槽；BET数据证实总孔容增加0.17 cm³/g；FTIR谱图中1720 cm^-1处新增羧基特征峰。吸附机制研究表明，氢键作用和π-π堆积是MO吸附的主要驱动力，而DLTP处理通过增加含氧官能团强化了这些相互作用。

该研究的创新价值体现在三方面：首先，开发了环境友好的生物质改性技术，避免传统酸/碱处理的环境污染；其次，突破性实现吸附剂原位再生，再生率超100%源于等离子体对孔道的二次活化；最后，为杉木加工废料的高值化利用提供了可行路径。研究结果对推动"双碳"目标下的绿色水处理技术发展具有重要指导意义。