KOH活化罗汉果壳衍生多孔炭高效去除亚甲基蓝和四环素的研究

针对染料和抗生素有机废水污染问题，研究人员通过KOH活化废弃罗汉果壳制备高效活性炭吸附剂(KAC)，其比表面积达1825.34 m2/g，对亚甲基蓝(MB)和四环素(TC)的最大吸附容量分别达524.2 mg/g和320.3 mg/g，去除效率高达99.9%，揭示了孔隙填充、静电作用、氢键和π-π相互作用的协同机制，为生物质废弃物资源化利用提供新策略。

　　

随着工业化和城市化进程加速，含有染料和抗生素的有机废水已成为严峻的环境问题。其中，亚甲基蓝(MB)作为纺织印染业广泛使用的阳离子染料，具有环境持久性和致癌风险；而四环素(TC)作为人畜共用的抗生素，约60%-90%以原形排出体外，导致水体微生物群落破坏和耐药菌滋生。传统生物炭因孔隙率和官能团有限，吸附性能较差，亟需开发高效吸附材料。

河北安国齐奥中药有限公司的研究人员创新性地利用罗汉果(Siraitia grosvenorii)废弃果壳为原料，通过KOH活化法制备高性能活性炭(KAC)。研究发现，KOH蚀刻作用使材料形成发达的微孔结构，比表面积达1825.34 m²/g，总孔容0.96 cm³/g。在303 K条件下，KAC对MB和TC的吸附容量分别达524.2 mg/g和320.3 mg/g，最优条件下去除效率均达99.9%。吸附过程符合准二级动力学模型，热力学分析表明其为自发的吸热过程，主要受化学吸附和颗粒内扩散控制。机理研究表明，孔隙填充、静电相互作用、氢键和π-π堆积共同驱动污染物去除。该成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，不仅为有机污染物治理提供了高效吸附剂，更开创了中药废弃物资源化利用的新途径。

关键技术包括：KOH化学活化法制备多孔炭材料；SEM和BET表征微观形貌与孔隙结构；FTIR和XPS分析表面官能团；批量吸附实验考察pH、温度等影响因素；动力学和等温线模型拟合吸附行为；真实水体适应性测试。

【材料表征】SEM显示KAC具有丰富互连孔隙，元素映射证实C、O均匀分布。BET测得KAC比表面积较原始生物炭(BC)提升显著，微孔占比达78.6%。XPS揭示KAC表面含氧官能团增加，有利于污染物结合。

【吸附性能】在pH=8时MB去除率达99.2%，TC在pH=6时最佳。吸附容量随温度升高而增加，说明吸热特性。竞争离子实验表明KAC在复杂水体中保持良好选择性。

【机理分析】FTIR证实吸附后C=O和O-H峰位移，说明氢键作用；XPS显示TC吸附后吡啶氮含量变化，表明π-π相互作用；Zeta电位证明静电吸引在MB吸附中起重要作用。

【实际应用】经过5次高温再生循环，KAC对MB和TC的去除率仍保持90%以上。在河水、自来水和地下水等真实水体中，污染物去除效率均超过85%，展现优异环境适应性。

该研究通过精准调控KOH活化工艺，成功将中药废弃物转化为高性能环境功能材料。所开发的KAC兼具大比表面积和丰富表面官能团，突破了传统生物炭吸附性能瓶颈。研究阐明的多机制协同作用原理，为设计新型吸附材料提供理论指导。从可持续发展角度看，该工作实现了"以废治污"的循环经济模式，对推动中药产业绿色转型具有示范意义。