蒸汽活化亚麻荠粕生物炭修复PFOA污染废水的优化研究

本研究通过响应面法（RSM）和中心复合设计（CCD）优化亚麻荠粕生物炭的蒸汽活化工艺（温度600–900°C、时间60–120 min、蒸汽流速5–15 mL/h），成功制备出比表面积达722 m2/g的活性炭，其表面含氧官能团和孔隙结构显著提升全氟辛酸（PFOA）吸附性能，为PFAS污染治理提供经济环保的解决方案。

　　

Highlight

本研究通过响应面法（RSM）框架结合中心复合设计（CCD），系统优化了亚麻荠粕生物炭蒸汽活化的三大关键参数：蒸汽流速（5–15 mL/h）、活化时间（60–120 min）和温度（600–900°C）。温度被证实为影响生物炭比表面积的核心因素，在最佳条件（899°C、75 min、14 mL/h）下制备的活性炭比表面积高达722 m²/g。傅里叶红外光谱（FTIR）和扫描电镜（SEM）表征显示，蒸汽活化显著增加了含氧官能团和孔隙结构，从而提升吸附性能。

Overview of the steam activation

20组实验数据通过回归模型验证，利用Design-Expert软件优化变量。研究中，响应变量为蒸汽活化炭的比表面积，自变量为活化温度、时间和蒸汽流速。模型分析揭示了温度对孔隙发育的支配性作用，而蒸汽流速与时间协同影响微孔-介孔分布。

Conclusions

亚麻荠粕生物炭经蒸汽活化后，其表面特性与全氟辛酸（PFOA）吸附能力显著关联。高温（900°C）促进石墨化结构和介孔形成，而含氧官能团（-COOH、-OH）通过静电吸引、氢键和疏水作用捕获PFOA分子。该可再生吸附剂为工业废水处理提供了可持续方案。

CRediT authorship contribution statement

Shivangi Jha：负责论文撰写、实验设计与数据分析；Falguni Pattnaik：参与概念构建与软件建模；Oscar Zapata：提供资源与监督；Bishnu Acharya：指导分析方法；Ajay K. Dalai：统筹项目资金与研究方向。

Funding

感谢加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）、加拿大农业与农业食品部（AAFC）及BioFuelNet Canada的资助支持。

Declaration of competing interest

作者声明无利益冲突。