龙舌兰废料电极与数字孪生整合：酒精饮料中铜的绿色电化学检测

本研究创新性地利用龙舌兰酒渣制备活化碳（SBET=873 m2 g?1）修饰碳糊电极，开发出铜离子检测限60 μg L?1的电化学传感器，性能媲美原子吸收光谱（AAS），并集成MATLAB-Simulink数字孪生原型实现实时监测，为龙舌兰烈酒产业提供兼具环境友好（NEMI/GAPI认证）与智能化的质量控制方案。

　　

Highlight
本研究通过龙舌兰酒渣（Agave tequilana Weber蓝变种）的升级再造，开发出具有873 m² g^?1比表面积的羧基功能化活化碳材料，将其与石墨复合（20:80）制成碳糊电极。该传感器在0.0 V（vs. Ag/AgCl_(sat)）工作电位下表现出6.69×10^?4 cm²的电活性面积，对铜离子的检测线性范围达60-2000 μg L^?1，成功应用于特基拉酒（Tequila）和梅斯卡尔酒（Mezcal）的实际检测，结果与原子吸收光谱（AAS）具有统计学可比性。

Activated carbon synthesis
活化碳（AC）的制备始于从墨西哥哈利斯科州龙舌兰酒厂获取的酒渣（AB）。原料经蒸馏水清洗、24小时日光干燥后过0.65 mm筛，采用磷酸活化法（50% H₃PO₄，24小时浸渍）结合管式炉热解（N₂氛围，500°C维持2小时），最终产物经洗涤至中性并干燥，获得多孔碳材料。

Characterization of the activated carbon material
扫描电镜（SEM）显示材料具有均匀分布的互连孔道结构（图1a），傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实羧基官能团存在，X射线光电子能谱（XPS）显示碳氧比达4.3:1。电化学阻抗谱（EIS）表明该材料电荷转移电阻（R_ct）比未改性电极降低78%。

Conclusions
本研究将龙舌兰酒渣转化为高附加值电化学传感器，实现酒精饮料中铜的绿色检测（LOD 60 μg L^?1），并通过数字孪生（Digital Twin）技术构建实时监控系统，为传统蒸馏酒行业提供符合工业4.0标准的可持续质量控制方案。