磷掺杂分级多孔生物炭的绿色水热法制备及其对甲醛的高效吸附性能研究

本研究通过H3PO4辅助水热碳化（HTC）结合KOH活化两步法，成功制备磷掺杂分级多孔生物炭（MBPs）。最优样品MBP2-240-A具有1889.0 m2/g超高比表面积和0.70 cm3/g微孔体积，表面P=O/P-O等官能团显著提升甲醛（HCHO）化学吸附能力，动态吸附量达8.75 mmol/g。通过GCMC模拟揭示孔道-官能团协同机制，为室内空气污染治理提供新型高效吸附材料。

　　

Highlight

本研究亮点在于开发了一种绿色高效的磷掺杂分级多孔生物炭（MBPs）制备策略。通过H₃PO₄辅助水热碳化（HTC）与KOH活化协同作用，成功构建了兼具超高比表面积（1889.0 m²/g）和丰富磷官能团（P=O/P-O/C-P）的吸附材料，其甲醛动态吸附容量突破8.75 mmol/g，为室内甲醛污染治理提供了创新解决方案。

Preparation of adsorbents

吸附剂制备过程中，将干燥后的柏木锯末与H₃PO₄按1:7-1:11质量比混合，在240°C下进行水热碳化。后续KOH活化过程像"分子雕刻刀"般精细调控孔道结构，最终获得具有分级孔隙的磷掺杂碳材料。

Yield of MBPs

有趣的是，当H₃PO₄用量与温度达到黄金配比（MBP2-240）时，材料收率高达64.76 wt%。这归功于适中的反应条件既保留了生物质骨架，又实现了磷元素的高效掺杂，就像在碳基质中"播种"了无数吸附位点。

Conclusions

结论表明，这种"水热预处理+KOH活化"的协同策略如同为生物炭装上了"双重引擎"：磷掺杂增强了表面极性，分级孔隙优化了传质路径，使材料对甲醛的吸附能力产生"1+1>2"的增效作用。该研究为功能性吸附材料设计提供了新范式。