新型一体化碳化活化反应器制备竹活性炭及其高效吸附酚类污染物的性能研究

为解决工业废水中酚类污染物超标问题，马来西亚博特拉大学研究人员开发了新型两段式碳化活化反应器制备竹活性炭(BAC)。研究通过优化500°C碳化2h和800°C活化2h的工艺，获得比表面积达1018 m2 g-1、微孔率超80%的BAC，在0.4g剂量下15分钟即可去除90%酚类，较商用竹活性炭效率提升1.19倍。该技术为工业废水处理提供了高效可持续的解决方案。

　　

工业废水中的酚类污染物因其毒性和难降解特性，被美国环保署(EPA)列为优先控制污染物。马来西亚环境质量法案规定废水酚浓度需低于1 mg L^-1，但监测显示雪兰莪州多条河流酚浓度超标达5-6 mg L^-1。传统活性炭生产工艺存在能耗高、步骤繁琐等缺陷，亟需开发高效可持续的替代方案。

马来西亚博特拉大学(Universiti Putra Malaysia)纳米科学与技术研究所的研究团队创新性地设计了一体化碳化活化中试反应器，以速生竹材为原料制备高性能竹活性炭(BAC)。该研究通过热重分析优化碳化参数，采用氮气吸附测定比表面积，结合扫描电镜和红外光谱表征材料特性，并系统考察了pH值、接触时间和吸附剂量对酚类去除效率的影响。

3.1 原料竹材特性

分析显示所用毛竹(Dendrocalamus asper)含48.3%纤维素、29.6%木质素和17.3%半纤维素，5年以上竹龄的较高木质素含量有利于形成丰富孔隙结构。热重分析表明500°C为最佳碳化温度，此时固定碳含量达78.3%，挥发分降至13%。

3.3 活性炭制备与表征

采用"二合一"反应器在800°C蒸汽活化2小时制备的BAC800-2展现出1018.4 m² g^-1的比表面积，孔径分布显示87%为微孔(2.08 nm)。电镜观察显示活化后形成发达孔道结构，EDX分析证实碳含量达79.9%。与传统管式炉产品相比，中试反应器将制备时间从7小时缩短至4小时。

3.4 酚类吸附性能

在pH 2-10范围内，BAC800-2保持稳定吸附性能，0.4g剂量下15分钟去除率达94.1%，60分钟时达98.5%，显著优于商用竹活性炭(82.4%)。吸附过程符合伪一级动力学模型(R²=0.9995)，Freundlich等温线表明为多层吸附机制。FTIR分析证实酚类通过π-π堆积和氢键作用吸附在BAC表面。

该研究实现了三个重要突破：开发出可规模化生产的高效BAC制备工艺，将传统多步工序整合为单步连续过程；证实竹基活性炭对酚类的快速去除能力，为工业废水处理提供新选择；通过系统表征揭示了微孔结构和表面化学性质对吸附性能的协同作用。研究成果发表于《Environmental Technology》，为可持续发展目标(SDGs)中清洁水资源的实现提供了技术支撑，同时响应了马来西亚2021-2030国家竹产业发展行动计划。新型反应器设计还可拓展应用于其他生物质活性炭的生产，具有广阔的工业化应用前景。