微米级生物炭硫氮共掺杂协同调控：动态氧化还原机制增强多污染物共吸附性能

为解决水体多污染物协同治理难题，研究人员通过蛋白内源热解法制备氮硫共掺杂微米生物炭（N, S-PMBC），其比表面积达2844.42 m2/g，对亚甲基蓝（MB）、Cu2+和Pb2+的吸附容量提升100-251%，揭示了硫转化驱动的协同还原机制，为复杂水环境修复提供新策略。

　　

随着工业发展，水体中重金属和有机污染物的共存问题日益严峻。传统吸附材料面临选择性差、竞争吸附等瓶颈，而单一元素修饰的生物炭难以满足复杂污染体系的治理需求。在这一背景下，研究人员利用蛋白内源热解的特性，开发了一种具有动态氧化还原功能的氮硫共掺杂微米生物炭（N, S-PMBC），其研究成果发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》上。

研究团队采用热解法（600°C，N₂氛围）处理固定化Chlorella pyrenoidosa藻粉，通过KOH活化调控微观结构，结合SEM、BET、XPS等技术表征材料特性，并系统评估了其对MB、Cu²⁺、Pb²⁺单/双体系吸附性能。

生物炭形态与结构表征
N, S-PMBC呈现直径85 μm的球形结构，比表面积达2844.42 m2/g，表面富含C=O、吡啶-N和S=O等官能团。KOH比例优化实验表明，过量腐蚀会破坏球形形貌，而最佳比例下材料呈现显著负电性。

吸附性能与机制
在单污染物体系中，N, S-PMBC对MB、Cu²⁺、Pb²⁺的饱和吸附量分别达498 mg/g、192 mg/g和164 mg/g。双体系实验发现MB-HM共存时吸附效率提升143%，归因于MB作为电子供体将硫基团还原为-SH，进而增强重金属络合能力。动力学分析表明该过程为自发的物理化学吸附（ΔG < ?4.45 kJ/mol）。

结论与意义
该研究阐明了硫氮共掺杂微米生物炭通过动态硫价态转换（S=O→-SH）实现污染物协同吸附的机制，其自适应多功能特性显著降低了竞争吸附效应。相比传统生物炭，N, S-PMBC在复杂水体中展现出更高的选择性和容量，为多污染物同步治理提供了理论支撑和技术路径。