基于废轮胎热解制备钙增强中空碳基吸附剂高效去除结晶紫染料的研究

本研究针对废轮胎处置难题和水体有机污染问题，创新性地通过热解工艺将废轮胎转化为含Ca(OH)2的多孔碳基吸附剂。该材料具有50 m2/g比表面积和-18.4 mV zeta电位，对结晶紫(CV)展现出509.4 mg/g的超高吸附容量，且在自来水体系中保持7次循环稳定性，为废弃物资源化与废水处理提供了双重解决方案。

　　

每年全球产生15亿条废轮胎，这些"黑色污染"不仅侵占土地，燃烧时更会释放有毒气体。与此同时，纺织印染行业排放的结晶紫(CV)染料被WHO列为致癌物，传统处理方法效率低下且成本高昂。面对双重环境挑战，King Abdulaziz University的研究团队独辟蹊径，将废轮胎转化为高效吸附剂，相关成果发表在《Desalination and Water Treatment》上。

研究采用两步法：先通过350℃马弗炉低温破碎轮胎，再在850℃氮气氛围下热解20分钟制备吸附剂。通过SEM/TEM观察到20nm球形纳米颗粒、中空碳管及富勒烯等多形态碳结构，XRD证实材料含Ca(OH)₂（ICDD #01-084-1270）、纳米金刚石（AMCSD #96-901-2238）等组分。BET测试显示50.2 m²/g比表面积，zeta电位-18.4 mV证实其负电性。

【表征结果】

SEM/TEM揭示材料具有分级孔隙结构和多形态碳相，包括纳米管、富勒烯和碳黑。EDS显示Ca含量达10.5%，Raman的I_D/I_G=0.51表明适度石墨化程度。FTIR检测到3647 cm^-1处Ca(OH)₂特征峰，证实其作为固有催化组分存在。

【吸附性能】

在pH=7时达到最佳吸附效果，对800 mg/L CV溶液的最大吸附量达509.4 mg/g，Langmuir模型拟合优度R²=0.989。值得注意的是，在自来水中的再生性能显著优于蒸馏水，7次循环后仍保持60-70%效率，推测与Ca²⁺的再生作用有关。

【机制讨论】

超高吸附性能源于三重协同效应：(1)Ca(OH)₂提供的碱性位点增强静电吸引；(2)中空结构形成的扩散通道促进传质；(3)sp²杂化碳域的π-π堆积作用。虽然比表面积仅为商用活性炭的1/5，但多组分协同作用使CV吸附容量超越多数报道材料。

该研究开创性地利用废轮胎固有组分构建多功能吸附剂，无需后续活化即实现染料高效去除。材料中CaCO₃热解产生的CaO不仅作为模板剂形成中空结构，更通过碳酸盐循环产生额外孔隙。这种"以废治污"策略为环境治理提供了新范式，未来可拓展至其他重金属和有机污染物的同步去除。