非活化咖啡银皮与甘蔗渣生物炭对Hg(II)吸附的结构–功能关系比较研究

《Molecules》：Comparative Hg(II) Adsorption on Coffee Husk and Sugarcane Bagasse Biochars: Structure–Function Relationships

　　

本研究考察了以咖啡果皮外果皮（银皮）组分（CH）和甘蔗渣（SB）为原料、在800 °C下热解制备的生物炭作为水中Hg(II)去除的可持续吸附剂。采用约?198 °C下的N₂吸附–脱附测定、SEM–EDS、XRD、XRF、FTIR和XPS对生物炭进行表征，并通过动力学、平衡和热力学研究评价其Hg(II)吸附性能。SB的BET比表面积（599 vs. 525 m² g^?1）、总孔容（0.298 vs. 0.216 cm³ g^?1）均高于CH，而微孔占比（63.4 vs. 86.3%）低于CH。上述织构差异与SB更快的Hg(II)吸附动力学相一致。Avrami模型和Elovich模型对吸附动力学的描述最佳（R² = 0.980–0.996）；Freundlich模型和Langmuir模型均能较好地描述平衡数据，其相对适用性取决于生物炭类型和温度。Langmuir模型估算的最大吸附容量（q_m）随温度升高而增大，在318.15 K时SB和CH分别达到45.05 mg g^?1和45.25 mg g^?1。热力学分析表明两种生物炭的焓变和吉布斯自由能变均为负值，SB和CH的ΔH°分别为?71.4和?52.8 kJ mol^?1，ΔG°(298)分别为?39.3和?37.6 kJ mol^?1。FTIR和XPS结果支持含氧表面环境参与Hg(II)的固持过程。

研究背景：汞污染因具有毒性、持久性、迁移性和生物累积性，对水环境及公共健康构成严重威胁，其中无机Hg(II)水溶性较强、易与有机及矿物表面结合，并可在厌氧微生物作用下转化为毒性更强的甲基汞（MeHg）。化学沉淀、膜过滤和电混凝等常规处理技术虽可实现较高去除率，但存在运行成本高、污泥产生、膜污染和能耗大等局限，吸附法因操作简便、低浓度下有效且兼容低成本材料而受到关注。生物炭由生物质残渣在限氧条件下热解制得，其表面官能团、孔结构和矿物含量可通过前驱体选择和热处理调控，对Hg(II)的吸附涉及表面络合、离子交换、静电作用、沉淀和孔扩散等多种机制，但各机制的相对贡献强烈依赖于前驱体特征和生物炭结构。咖啡加工残渣和甘蔗渣作为低成本农林工业残渣受到关注，已有研究报道了未处理咖啡废渣（97%去除率，q_m = 31.75 mg g^?1）、咖啡 husk 生物炭吸附Fe(II)（约110 mg g^?1）、炭化甘蔗渣（q_m = 125 mg g^?1，黄原酸化后增至333.34 mg g^?1）以及化学活化甘蔗渣基吸附剂（Hg(II)去除率>90%）等结果。然而现有研究存在三方面知识缺口：其一，许多高吸附容量报道依赖化学活化、功能化或复合生物炭，难以区分前驱体固有的表面化学、矿物相和孔结构的贡献；其二，咖啡残渣与甘蔗渣通常在不同热解和吸附条件下分别研究，无法直接比较其固有Hg(II)吸附行为；其三，对于在相同热条件下制备的非活化生物炭，前驱体组成、矿物学、孔结构、表面官能团与Hg(II)吸附之间的关系尚不清楚。咖啡银皮和甘蔗渣分别关联哥伦比亚亚马孙地区卡克塔省咖啡和甘蔗两条农业价值链的残渣资源化，且前驱体组成可影响热解过程中发展的比表面积和表面官能团，而蔗渣基和木质基生物炭的实验证据表明表面化学环境的差异可导致不同的Hg(II)固持机制，这为在相同热条件下比较两种残渣提供了依据。

研究内容与结论：研究人员在限氧条件下于800 °C直接热解制备咖啡 husk 外果皮（银皮）生物炭（CH）和甘蔗渣生物炭（SB），二者均未经化学活化或热解后功能化，旨在分离前驱体固有性质对Hg(II)吸附的影响，并确定表面化学、矿物组成和孔结构差异如何调控汞固持路径。结果表明，前驱体生物质强烈影响相同热解条件下生物炭的理化性质和Hg(II)吸附性能；两种生物炭的Hg(II)吸附差异不能由单一材料性质解释，而与孔结构、表面化学、矿物组成和传质行为的综合影响相一致。SB较大的孔容、更宽的孔贡献和保留的通道状形貌可能促进其进入内部吸附环境，而CH以微孔为主的结构可能造成更大的扩散限制；FTIR和XPS支持含氧环境参与Hg(II)固持，SB富硅矿物组分可能提供额外的相互作用环境，但未确立特定的Hg–矿物键合机制。动力学和平衡结果表明吸附行为反映多个贡献过程，模型估算容量与表观亲和力应分别考虑；热力学分析表明在所采用的表观平衡约定下两种生物炭的吸附均为有利且放热。在所研究的动力学条件下480 min时，SB的Hg(II)吸附量较CH高约53.8%。研究结果支持甘蔗渣生物炭作为生物质衍生吸附剂用于水体系汞去除的潜力，值得在环境相关水条件下进一步评价。本研究的重要意义在于通过相同热条件、无化学活化的对比设计，分离并阐明了前驱体固有性质对非活化生物炭Hg(II)吸附的影响，为评估此类农林工业残渣作为可持续低成本汞污染水吸附剂的内在潜力提供了依据。

关键技术方法：以咖啡 husk 银皮组分和甘蔗渣为前驱体，经去离子水洗涤、60 °C干燥48 h、研磨过筛（<500 μm）后，于程控马弗炉中在限氧条件下直接热解（800 °C、升温速率4 °C min^?1、停留2 h），产物经去离子水按固液比1:10（w/v）洗涤三次、60 °C干燥、研磨过250 μm筛得到CH和SB。采用FESEM–EDS观察形貌与元素分布，XRF测定无机元素组成，XRD（Cu Kα，λ = 1.5405 ?，2θ = 2°–90°）鉴定晶相，FTIR（KBr压片法）表征表面官能团，XPS（单色Al Kα源，200 W）分析表面化学组成及Hg 4f、Si 2p区域，N₂吸附–脱附（约?198 °C，3Flex分析仪，90 °C脱气1 h后150 °C脱气12 h）结合BET、t-plot和BJH方法测定织构性质，并采用固体添加法测定零电荷点（pH_PZC）。批量吸附实验以200 mg L^?1吸附剂剂量、初始Hg(II)浓度1 mg L^?1（动力学）及1–50 mg L^?1（等温线）在160 rpm、25 ± 1 °C、不调pH条件下进行，采用EPA 7473法（热分解–原子吸收光谱，253.7 nm，Zeeman背景校正，Lumex RA-915 LAB）测定总汞，检出限1.41 μg L^?1，加标回收率均值98.53%。动力学数据（0–480 min）以非线性最小二乘回归拟合PFO、PSO、Avrami、Elovich和Weber–Morris模型；等温线在293.15、298.15、308.15、313.15和318.15 K下测定并以Langmuir和Freundlich模型拟合；热力学参数由Langmuir常数经稀溶液摩尔分数约定（55.5 mol L^?1转换因子）转化为无量纲表观平衡常数后，经Van’t Hoff关系计算ΔG°、ΔH°和ΔS°。

研究结果：
2.1 基于BET分析的织构演变与微孔发展：两种生物炭均呈IUPAC Ⅳ(a)型吸附–脱附等温线和H4型滞后环，低相对压力（P/P₀ < 0.1）下的陡峭吸附表明存在大量微孔填充，中间相对压力处的滞后环揭示窄介孔和孔网络效应。CH的BET比表面积为525 m² g^?1、总孔容0.216 cm³ g^?1、微孔容0.186 cm³ g^?1；SB相应为599 m² g^?1、0.298 cm³ g^?1和0.189 cm³ g^?1。二者绝对微孔容相近，但CH微孔占总孔容86.3%、SB为63.4%，SB的额外孔隙主要与小介孔发展相关；CH和SB平均孔径分别为16.5 ?和19.9 ?。相同热解条件未产生相同孔结构，与前驱体依赖性质（木质纤维素组成和无机组分调控孔形成与结构重排）的贡献一致。
2.2 形貌演变与孔可及性：FESEM–EDS显示CH呈非均质形貌，具不规则层状碎片、断裂颗粒、棱角和粗糙致密区域，横截面较致密并含分散空隙，与其高微孔占比和小平均孔径一致，提示部分微孔吸附域位于对Hg(II)可及性较低的受限区域；SB形貌更开放且结构保留，部分碎片保留源自甘蔗渣维管组织的通道状结构。EDS面扫描显示碳均匀分布、氧广泛分布，CH中钙和硅在整个颗粒表面较均匀分散，SB碎片上钙和硅亦有分布。XRD显示二者均为弱有序碳质基体与结晶无机相共存，2θ = 20–30°宽衍射特征对应无序或乱层碳域；SB晶相与石英（SiO₂，PDF 01-091-6090；2θ = 26.5°、49.95°、67.88°）及Levantite [KCa₃(Al₂Si₃)O₁₁(PO₄)，PDF 00-071-0496；2θ = 29.25°、31.54°、34.19°、36.03°、39.31°、59.79°]一致，XRF显示SB以Si（41.20 wt%）为主，其次为Ca（25.80 wt%）和Fe（8.28 wt%）；CH晶相与Marialite型相[Na₃(Al₃Si₃)O₂₄Cl；PDF 01-070-6155；2θ = 22.91°、29.29°、39.33°、43.13°、47.42°、48.43°]和石英一致，XRF显示CH以Ca（58.50 wt%）为主，其次为Fe（11.10 wt%）、K（8.51 wt%）、Si（4.37 wt%）和Al（3.61 wt%）。热解过程中木质纤维素分解挥发使非挥发性无机组分在残余固体中相对富集，故二者XRF差异反映前驱体矿物组成差异及热转化过程中的浓缩。
2.3 FTIR分析：吸附前后谱图在3600–3000 cm^?1（氢键羟基O–H伸缩，可能含残留水分贡献）谱形发生变化，因谱图垂直偏移，比较基于局部基线而非绝对信号强度。CH最明显变化包括约1500 cm^?1特征变浅及1350–900 cm^?1区域变化；SB在约1750–1200 cm^?1出现更广泛的衰减并伴低波数变化，约1750 cm^?1与C=O伸缩相容，1600–1500 cm^?1可能含芳香骨架振动与含氧官能团重叠贡献。指纹区可能含有机官能团与矿物相重叠贡献，1200–1000 cm^?1可源于C–O振动及（含硅时）Si–O–Si伸缩，不能专属归属；约966 cm^?1（暂归因于表面硅醇基Si–OH的Si–O伸缩）在SB吸附后减弱，CH谱形亦有变化，与含硅醇位点局部环境改变相容但未确立其直接参与Hg(II)结合；约499 cm^?1（可能与硅相关弯曲振动）吸附后仍显著，尤其SB。
2.4 表面电荷性质与酸碱行为（pH_PZC）：CH和SB的pH漂移曲线相似，酸性条件下ΔpH增大、约pH 4达最大，随后随初始pH升高趋近于零，ΔpH = 0截距指示二者pH_PZC均在碱性区（约9–10）；吸附过程中初始和最终pH均低于该估计值，提示实验条件下表面带正电。Hg(II)形态依赖pH和溶液组成，水解态物种可能参与吸附，故本研究的吸附更宜解释为与表面位点的特异性相互作用而非仅静电吸引，含氧官能团络合和矿物相关位点相互作用为可能路径。动力学实验中CH的pH由6.58 ± 0.09升至7.62 ± 0.01，SB由6.53 ± 0.11升至7.19 ± 0.03（均值 ± SD；n = 2），平均升高1.04和0.66个pH单位，与表面位点质子摄取和/或生物炭释放碱性组分一致；CH pH升高更大但SB在480 min时Hg(II)吸附量更高，表明吸附性能亦取决于上述织构和表面化学差异。
2.5 XPS分析的Hg(II)吸附机制：C 1s谱以约284.8 eV的C–C/C=C为主，高结合能侧含C–O（约286 eV）、C=O（287–288 eV）和O–C=O（约288–289 eV）等含氧碳物种，吸附后整体包络无重大变化。O 1s谱含碳质基体与无机组分的多种氧化学环境贡献，低结合能区（约530.8–531.5 eV）可能含羰基型氧及无机表面环境相关氧，高结合能区（约532.2–533.5 eV）可能含C–O、羟基、含Si–O环境和吸附水；吸附后二者O 1s包络尤其在532–533 eV区域发生重分布，表明表面氧物种局部化学环境改变并支持含氧环境参与Hg固持，但碳质官能团、矿物相关氧和吸附水的贡献无法仅由O 1s谱完全分辨。N 1s在约399–400 eV的贡献可归属吡啶型、吡咯型或胺型氮，吸附后位置和形状无重大变化，无明确证据表明氮环境发生实质改变，但其参与Hg固持不能排除。Hg 4f区显示特征自旋–轨道双峰，Hg 4f_7/2和Hg 4f_5/2分别位于约101–102 eV和105–106 eV，自旋–轨道分裂约4 eV，Hg 4f_7/2结合能约101 eV与两种表面以氧化态汞（包括Hg(II)）为主一致，未分辨出约100 eV的金属Hg⁰组分（不排除低于分析分辨或灵敏度的次要物种）。约103–104 eV的贡献归属Si 2p，表明碳基体内存在含硅矿物组分，SB中该贡献较CH更显著，与XRF的富硅组成一致，但该信号本身不能确立Hg与含硅位点结合。总体而言，XPS确认汞固持于两种生物炭表面且吸附后主要以氧化态存在，O 1s变化支持含氧表面环境参与，SB更强的Si 2p贡献结合XRD和XRF提示含硅矿物域可能提供额外含氧相互作用环境，但各环境相对贡献无法仅由XPS确定。
2.6.1 时间依赖吸附曲线与吸附动力学：SB在最初数分钟内即呈陡峭初始吸附，随后吸附速率逐渐下降并于480 min达操作平台；480 min时SB的Q_t约4.43 mg g^?1，CH约2.88 mg g^?1，相同条件下SB的Hg(II)吸附量高约53.8%。CH初始增加较缓且全程Q_t较低，其较渐进的早期吸附可能反映进入受限内部区域较慢。以480 min作为操作平衡时间，600、720和1440 min的后续测定相对480 min值变化小于5%，证实Q_t在动力学拟合区间之外的稳定性。CH较慢的吸附与其较高微孔占比和较小平均孔径的织构结果一致；二者微孔容相近，表明微孔丰度本身不能解释其吸附行为差异，SB较大的总孔容、更宽的孔贡献和保留的通道状结构可能提供更可及的传输路径，促进Hg(II)向内部吸附域迁移，而CH较小平均孔径和较致密形貌可能造成更大传质限制。孔连通性和扩散系数未被直接测定，故该解释为对织构、形貌和动力学综合证据的解读。
2.6.2 吸附动力学模型拟合：以0–480 min数据拟合PFO、PSO、Avrami、Elovich和Weber–Morris模型，Avrami和Elovich对两种生物炭均给出最佳拟合。SB的Avrami（R² = 0.996；约化χ² = 0.0095）和Elovich（R² = 0.989；约化χ² = 0.0216）优于PFO（R² = 0.831）和PSO（R² = 0.918）；CH类似，Avrami（R² = 0.985；约化χ² = 0.0152）和Elovich（R² = 0.980；约化χ² = 0.018）优于PFO（R² = 0.771）和PSO（R² = 0.869），校正R²亦支持该排序。Avrami和Elovich的适用性与动力学复杂吸附行为和表面非均质性一致，但CH的Avrami平衡容量和速率常数标准误较大，解释需谨慎；动力学拟合本身不能确立分子吸附机制。Weber–Morris模型决定系数较低（SB R² = 0.503，CH R² = 0.758）且截距非零（C分别为2.48 ± 0.40和1.09 ± 0.21 mg g^?1），提示颗粒内扩散并非唯一控速过程。
2.6.3 平衡行为、热力学响应与亲和力–容量关系：在293.15、298.15、308.15、313.15和318.15 K下以Langmuir和Freundlich模型评价平衡行为，两模型均能较好描述多数数据但相对拟合性能随生物炭类型和温度变化。SB的Freundlich R²为0.957–0.995、Langmuir R²为0.950–0.995；CH分别为0.909–0.985和0.871–0.989；Langmuir模型对SB在298.15–318.15 K（R² = 0.975–0.995）及CH在293.15和298.15 K（R² = 0.975和0.989）拟合尤佳，无模型在所有条件下持续占优，两模型的满意性能反映Hg(II)在化学和结构非均质生物炭表面平衡行为的复杂性而非确立唯一机制。Langmuir参数显示明显的温度依赖亲和力–容量关系：SB的q_m由293.15 K的20.92 mg g^?1增至318.15 K的45.05 mg g^?1，CH由12.56增至45.25 mg g^?1；293.15 K时SB的模型估算最大容量显著高于CH，随温度升高差异逐渐减小，318.15 K时q_m近乎相同；同时K_l分别由1.14降至0.129 L mg^?1（SB）和由0.465降至0.0854 L mg^?1（CH）。q_m为Langmuir模型预测的理论单层容量而K_l反映模型内表观吸附剂–吸附质亲和力，其相反温度趋势并不矛盾，表明容量与亲和力是平衡过程两个不同且互补的方面，较高模型估算饱和容量不必然意味着更强Hg(II)亲和力，总体吸附性能还可能取决于孔可及性和传质路径；318.15 K时最高实验观测吸附容量为SB 31.95 mg g^?1和CH 30.26 mg g^?1，低于相应Langmuir估算q_m，且实验数据未在研究浓度范围内确证饱和平台，故q_m应解释为模型依赖估计而非实验证实的饱和容量。Freundlich参数提供补充信息：SB的K_f为4.57–8.94、CH为3.55–4.20，1/n分别为0.333–0.652和0.334–0.739，所有情况下1/n介于0和1之间，表明在研究浓度范围内Hg(II)吸附有利；K_f和1/n随温度变化进一步表明表观吸附容量和吸附强度的温度依赖性变化，Freundlich模型的适用性与FTIR、XPS、XRD、XRF和FESEM–EDS所揭示的物理化学非均质性（碳质域、含氧官能团和无机矿物相共存，提供不同特性的吸附环境）一致，而Langmuir模型在若干温度下的良好性能表明这种非均质性并不排除研究浓度范围内的Langmuir型平衡行为。热力学分析表明在所采用的Langmuir基平衡约定下两种生物炭均呈表观放热响应：CH的ΔH° = ?52.8 kJ mol^?1、ΔS° = ?50.9 J mol^?1 K^?1，Van’t Hoff R² = 0.963；SB的ΔH° = ?71.4 kJ mol^?1、ΔS° = ?107.7 J mol^?1 K^?1，R² = 0.975。负ΔH°值与K_l随温度升高而降低一致，碳质吸附剂亦见放热Hg(II)吸附报道，但依前驱体组成、表面化学和材料改性不同也观察到放热和吸热响应；负ΔS°值表明Hg(II)吸附后固–液界面表观无序度降低，研究温度范围内负ΔG°值表明吸附热力学有利，但这些热力学量描述总体平衡响应，不应独立解释为特定分子吸附机制的证据。亲和力–容量关系将平衡结果与结构特征相联系：SB在较低温度下兼具较高q_m和K_l及动力学实验中更快的Hg(II)吸附，CH在较低温度下模型估算容量较低且动力学曲线更渐进，这与SB较大总孔容、更宽的孔贡献和保留的通道状形貌可促进进入内部吸附域并降低传质限制一致；随温度升高两种生物炭的Langmuir容量趋同而K_l持续下降，表明仅凭最大吸附容量不能充分描述吸附剂性能。
2.7 影响Hg(II)吸附的因素：结果表明CH和SB的Hg(II)吸附不能由单一材料性质解释，而受孔结构、表面化学、矿物组成和传质行为的综合影响；相同800 °C热解条件下前驱体依赖特征导致不同吸附行为，与生物炭理化性质强烈受原料组成、矿物含量及热解转化影响一致。织构和形貌分析显示CH以微孔为主（86.3%）且平均孔径较小，SB比表面积更高、总孔容更大、更宽的孔贡献更大，二者微孔容相近表明SB在480 min时较高Hg(II)吸附量不能简单归因于微孔丰度更大；FESEM显示SB保留众多与甘蔗渣维管结构一致的通道状空腔，CH表面较致密且可见空腔更少更不规则，该差异对Hg(II)吸附可能尤为重要，因为水相汞物种须经孔网络传输才能到达内部吸附环境，已有研究证明Hg(II)可逐步渗透生物炭颗粒且其水相形态可影响进入颗粒内吸附位点。矿物学和元素分析进一步显示重要前驱体依赖差异：XRD鉴定SB主晶相为石英和Levantite（与其XRF高Si含量一致），CH以Marialite和石英为特征且Ca含量显著更高，这些差异通过产生不同的碳质和矿物相关吸附环境促成生物炭化学非均质性。FTIR和XPS显示两种材料吸附后含氧环境变化，与羟基、羧基、羰基及相关含氧官能团参与生物炭Hg(II)固持的报道一致；CH在约1500 cm^?1和1350–900 cm^?1变化，SB在约1750–1200 cm^?1更广泛衰减并在低波数有额外变化，有机与矿物振动重叠使这些变化无法唯一归属单个吸附位点；SB更强Si 2p信号连同其富硅矿物组成和吸附后O 1s组分重分布提示矿物相关氧环境可能补充碳基体含氧位点，硅醇和铝醇环境与Hg(II)相互作用在硅基和铝硅酸盐基吸附剂中已有报道，约101–102 eV的Hg 4f_7/2信号与吸附后以氧化态汞为主一致但未识别特定Hg–O键构型。尽管pH_PZC相近，CH和SB的Hg(II)吸附性能显著不同，表明净表面电荷差异本身不能解释其对比行为，反而强化了可用吸附环境的可及性和化学性质对控制Hg(II)吸附的重要性。动力学分析支持多过程贡献：Avrami模型统计一致性最高、Elovich紧随，PFO和PSO拟合较差，Weber–Morris模型一致性明显较低（尤其SB）表明颗粒内扩散本身不能解释总体吸附动力学；这些统计差异不应解释为特定吸附机制的直接证据，而与Hg(II)吸附涉及不止一个控速过程一致。平衡分析进一步突出吸附容量与亲和力的区别：Langmuir和Freundlich均能满意描述多数数据但相对性能随生物炭类型和温度变化，Langmuir估算q_m随温度升高而K_l逐渐降低，表明较高理论饱和容量不必然对应更强表观Hg(II)亲和力，与最大吸附容量和亲和力是生物炭金属吸附两个互补但不同属性的认识一致，故CH和SB的平衡响应应联合考虑容量和亲和力而非孤立解释任一参数。热力学分析提供额外能量视角：两种生物炭Langmuir基表观平衡响应均为放热，ΔH°分别为CH ?52.8 kJ mol^?1和SB ?71.4 kJ mol^?1，与K_l随温度总体下降一致；研究温度范围内负ΔG°表明吸附热力学有利，负ΔS°表明Hg(II)固持后固–液界面有序度增加。值得注意的是，相似农业残渣衍生碳质材料对Hg(II)吸附亦见不同热力学响应，Homagai等（2022）报道炭化甘蔗渣吸热Hg(II)吸附（ΔH° = +52.1 kJ mol^?1），与本研究中SB的放热行为相反，该差异凸显吸附能量学对碳化过程中发展的理化性质和实验条件的敏感性。综上，结果与孔可及性、传质、吸附亲和力和化学多样吸附环境对CH和SB对比Hg(II)吸附的贡献一致：CH以微孔为主的结构可能造成更大可及性限制，而SB较大总孔容、更宽的孔贡献和保留的通道状形貌提供更有利的传输路径；SB中这些结构特征与化学多样表面及可能提供额外含氧Hg(II)相互作用环境的富硅矿物组分共存，与生物炭金属吸附取决于孔结构、可及表面积、官能团和矿物组分综合影响的报道一致。因此，SB在480 min时较高的Hg(II)吸附量与孔可及性、传质路径和化学多样吸附环境的更有利组合最为一致，而非与任何单一理化性质相关。

讨论部分总结与结论翻译：所提出的Hg(II)吸附机制（Scheme 1）得到织构、光谱和矿物学互补证据支持。BET和FESEM支持孔结构影响进入内部吸附域的假设：CH以微孔为主的结构可能造成更大扩散限制，而SB更宽的孔和保留的通道状形貌可能促进向反应位点的传输。FTIR和XPS表明到达这些位点后含氧表面环境有重要贡献；CH中约1500 cm^?1和1350–900 cm^?1的FTIR变化连同532–533 eV处O 1s包络重分布与含氧环境变化一致，但重叠的FTIR谱带和O 1s贡献无法分辨单个官能团或其与矿物相关氧的贡献。对SB而言，碳质和矿物相关氧环境均为Hg(II)固持的可能贡献者：FTIR变化延伸至约1750–1200 cm^?1及低波数区（有机与矿物振动重叠），XRD鉴定石英和Levantite [KCa₃(Al₂Si₃)O₁₁(PO₄)]为主晶相，XPS中约103–104 eV的Si 2p贡献显著强于CH；连同吸附后O 1s区变化，这些结果表明富硅和铝硅酸盐矿物组分相关氧环境可能补充碳基体含氧位点。该解释得到既往研究支持：铝硅酸盐表面硅醇（≡Si–OH）和铝醇（≡Al–OH）位点可通过表面络合参与Hg(II)固持，二氧化硅上Hg(II)吸附与水解汞物种和表面硅醇基相互作用相关，硅基吸附剂的最新光谱证据进一步表明Hg(II)吸附过程中O 1s和Si 2p环境变化可与Si–OH和Si–O–Si环境的参与相关。相比之下，CH以Marialite和石英为主晶相但Si贡献弱得多；Hg 4f谱与吸附后以氧化态汞为主一致，未清晰分辨金属Hg组分，特定Hg–O键构型和有机与矿物位点的相对贡献仍未确证。结论部分译文：本研究证明前驱体生物质强烈影响相同热解条件（800 °C）下制备的生物炭的理化性质和Hg(II)吸附性能；非活化咖啡 husk（CH）和甘蔗渣（SB）生物炭的直接比较表明，Hg(II)吸附差异不能由单一材料性质解释，而与孔结构、表面化学、矿物组成和传质行为的综合影响一致。与以微孔为主的CH结构相比，SB较大的孔容、更宽的孔贡献和保留的通道状形貌可能促进进入内部吸附环境；FTIR和XPS支持含氧环境参与Hg(II)固持，SB富硅矿物组分可能提供额外相互作用环境，但未确立特定Hg–矿物键合机制。动力学和平衡结果进一步表明吸附行为反映多个贡献过程，模型估算容量和表观亲和力应分别考虑；热力学分析表明在所采用的表观平衡约定下两种生物炭吸附均有利且放热。在所研究的动力学条件下480 min时，SB的Hg(II)吸附量较CH高约53.8%。这些发现支持甘蔗渣生物炭作为生物质衍生吸附剂用于水体系汞去除的潜力，值得在环境相关水条件下进一步评价。