甘蔗渣热解生物炭的制备及其对亚甲基蓝污染水体的高效修复机制研究

本研究针对甘蔗渣不当处置引发的环境问题，通过热解制备生物炭实现废物资源化。团队将甘蔗渣在450°C(SBC1)和650°C(SBC2)条件下转化为生物炭，系统表征其物化性质（密度0.263/0.303 g/cm3，pH 4.8/7.6，零电荷点7.8/8.5），采用SEM/FTIR/XRD/TGA等技术分析微观结构。实验表明SBC2具有更高比表面积和碱性特征，在优化参数（投加量1.9g，pH10/7）下对亚甲基蓝去除率达90%，吸附行为符合Langmuir-Freundlich（SBC1）和Redlich-Peterson（SBC2）等温模型，遵循伪一级动力学机制，为农业废弃物在水污染治理中的应用提供重要依据。

　　

通过热转化技术将甘蔗渣（sugarcane bagasse）这种常见农业废弃物转化为生物炭（biochar），为解决其不当处置带来的环境危害提供了创新方案。研究人员在450°C（SBC1）和650°C（SBC2）两种温度下制备生物炭，并系统评估其对水体中亚甲基蓝（methylene blue）染料的修复效能。

表征数据显示：SBC1和SBC2的堆积密度分别为0.263 g/cm³和0.303 g/cm³，pH值分别为4.8和7.6，零电荷点（point of zero charge）分别为7.8和8.5。通过扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）和热重分析（TGA）等技术的深入解析，发现高温制备的SBC2具有更致密的结构、更高的比表面积与孔隙率，以及更强的碱性特征。虽然其表面官能团多样性有所降低，但芳香化程度显著提升。

批次吸附实验确定了最佳pH条件（SBC1为10，SBC2为7）和最优投加量（1.9g）。在此参数下，两种生物炭对染料的去除率均达到90%。吸附模型分析表明：SBC1最符合Langmuir-Freundlich等温模型，而SBC2更适配Redlich-Peterson模型。动力学研究显示两者均遵循伪一级动力学模型（pseudo-first-order kinetic model），说明吸附过程以物理吸附（physisorption）为主导，但具体机制存在差异。

值得关注的是，虽然较高热解温度提升了生物炭的比表面积，但并未线性提高其吸附容量。该研究最终证实：不同温度制备的甘蔗渣生物炭均可作为高效吸附剂，用于治理亚甲基蓝污染水体，为农业废弃物的资源化利用提供了科学依据。