《Processes》：Sustainable Graphene-like Carbon from Ghars Date Waste for Photothermal-Enhanced Solar Desalination: A Circular Economy Approach
编辑推荐：
农业废弃物价值化为高价值碳纳米材料具有双重益处：既减少污染，又为可持续技术提供低成本材料。研究人员通过温和的KOH辅助热解（1000 °C）从Ghars椰枣废弃物中合成了类石墨烯碳。该材料（G-GhW1000）在26.16°处呈现尖锐的(002) X射线衍射（
农业废弃物价值化为高价值碳纳米材料具有双重益处：既减少污染，又为可持续技术提供低成本材料。研究人员通过温和的KOH辅助热解（1000 °C）从Ghars椰枣废弃物中合成了类石墨烯碳。该材料（G-GhW1000）在26.16°处呈现尖锐的(002) X射线衍射（XRD）峰（层间距d-spacing = 3.40 ?），在253 nm处呈现特征性的π → π*跃迁，且碳氧原子比（C/O ratio）高达27.37。通过简单手摇（无需超声处理）将G-GhW1000分散于自来水（0.5 g/L）中，作为光热纳米流体用于改进型单斜面太阳能蒸馏器（MSS）。在室外条件下，MSS的产水量为4.69 L·m?2·day?1，比传统蒸馏器高18.7%，热效率从27.2%提升至30.8%（夏季可重复实现19.0%的增强）。在800 °C和900 °C条件下制备的样品产水量分别降低4.0%和6.4%，而1100 °C样品仅提升6.0%，证实1000 °C为最佳温度。1000 °C条件下的优异性能归因于石墨化、脱氧和结构完整性之间的最佳平衡，XRD、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、能量色散X射线光谱（EDX）和紫外-可见光谱（UV-Vis）分析证实了这一点。性能增强与更高的水温（68 °C）和更大的温差ΔT相关。蒸馏水符合世界卫生组织（WHO）标准（总溶解固体TDS 9.35 mg/L，去除率>99.4%），且未检测到类石墨烯碳的携带。本研究展示了废弃物衍生的类石墨烯碳作为太阳能海水淡化低成本添加剂的潜力，在循环经济框架内应对水资源短缺和废弃物管理问题。据研究人员所知，这是首次将Ghars椰枣废弃物衍生的类石墨烯碳用于太阳能蒸馏器。
**论文解读：基于Ghars椰枣废弃物衍生类石墨烯碳的光热增强太阳能海水淡化研究**
**研究背景与问题**
全球人口快速增长导致废弃物大量增加，尤其是食品废弃物，每年超过10亿吨。同时，淡水短缺问题日益严峻，太阳能海水淡化作为一种可持续技术受到关注。石墨烯因其优异的光热转换性能（如高导热性、宽光谱吸收）在太阳能蒸馏器中展现出潜力，但传统石墨烯制备成本高、工艺复杂，限制了其实际应用。农业废弃物作为碳源合成类石墨烯碳（graphene-like carbon）是一种低成本、环保的替代方案。然而，阿尔及利亚丰富的Ghars椰枣废弃物尚未被用于制备类石墨烯碳，且热解温度对产物结构及光热性能的影响缺乏系统研究。因此，本研究旨在：①从Ghars椰枣废弃物中合成类石墨烯碳；②优化热解温度（800–1100 °C）；③评估该材料作为光热纳米流体在改进型单斜面太阳能蒸馏器（MSS）中的实际性能。论文发表在《Processes》。
**主要技术方法**
研究人员采用温和KOH（氢氧化钾）辅助热解法制备类石墨烯碳。具体步骤包括：将Ghars椰枣废弃物（来源：阿尔及利亚El Oued省）太阳干燥后，在320 °C下预碳化得到生物炭（biochar）；再将生物炭与KOH以1:1质量比混合，在氮气气氛下于800–1100 °C进行热解（3 h，升温速率5 °C/min），随后用盐酸洗涤、蒸馏水冲洗至中性，得到G-GhW样品。表征手段包括X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）。太阳能蒸馏实验在El Oued地区屋顶进行，将0.5 g/L的G-GhW1000分散于自来水中（简单手摇，无超声），注入改进型蒸馏器（MSS），同时以传统蒸馏器（CSS）为对照，测量水温和产水量。
**研究结果**
**3.1 类石墨烯碳的表征**
- **3.1.1 FTIR分析**：随热解温度升高，含氧官能团（如C-O-C、C=O）的峰强度在800–900 °C逐渐减弱，至1000 °C完全消失，同时出现1560 cm
?1处芳香C=C峰及1987–2360 cm
?1处石墨烯特征吸收，表明脱氧和石墨化程度提高。
- **3.1.2 UV-Vis分析**：G-GhW1000在253 nm处呈现强吸收峰（π→π*跃迁），位于纯石墨烯最佳范围（250–270 nm），而低于900 °C的样品无显著吸收，证实1000 °C下形成高质量类石墨烯碳。
- **3.1.3 SEM/EDX分析**：G-GhW900呈现多孔结构（孔径数微米），C/O比仅3.93（因多孔吸附氧）；G-GhW1000孔隙减少，C/O比升至27.37，超过还原氧化石墨烯（rGO）阈值（>12）；G-GhW1100的C/O比略降至26.11，出现结构退化迹象。SEM显示G-GhW1000由致密纳米颗粒（5–20 nm）组成，结晶尺寸（D）从900 °C的129.17 ?增至1000 °C的345.3 ?。
- **3.1.4 XRD分析**：G-GhW800出现10.35°的类氧化石墨烯峰及22.88°的宽峰；G-GhW900的(002)峰移至24.85°（d-spacing=3.58 ?）；G-GhW1000的(002)峰尖锐对称于26.16°（d-spacing=3.40 ?），半峰宽（FWHM）从0.6298°降至0.2362°；G-GhW1100峰左移至25.04°（d-spacing=3.55 ?），出现42°的乱层碳峰，表明过度热解导致结构紊乱。
**3.2 改进型太阳能蒸馏器性能**
- **3.2.1 水质分析**：MSS蒸馏水总溶解固体（TDS）为9.35 mg/L，CSS为12.82 mg/L，去除率>99.4%；MSS蒸馏水pH=7.05，电导率16.4 μS/cm，均符合WHO饮用水标准；UV-Vis光谱未检测到类石墨烯碳残留，确认无污染物携带。
- **3.2.2 水温与温差**：MSS水温最高达68 °C（CSS为63 °C），且MSS保持正温差ΔT（Tw?Tgi）最大12 °C，而CSS在多个时段出现负ΔT（如?17 °C），严重阻碍冷凝。
- **3.2.3 产水量与热效率**：MSS累积产水量为4.69 L·m
?2·day
?1，较CSS（3.95 L·m
?2·day
?1）提高18.7%；平均热效率从27.2%升至30.8%。不同温度样品对比：G-GhW800和G-GhW900分别导致?4.0%和?6.4%的负增强，G-GhW1100仅提升6.0%，证实1000 °C为最佳温度。
**讨论与结论**
论文讨论部分指出，MSS性能提升主要归因于G-GhW1000的高碳氧比（C/O=27.37）、尖锐(002) XRD峰和π→π*跃迁，这些特征赋予材料优异的光吸收和光热转换能力，使水温升高并维持较大ΔT，从而促进蒸发和冷凝。与文献中商用石墨烯相比，本研究增强幅度（18.7%）适中，但优势在于原料为农业废弃物，成本极低，且无需复杂改性。热解温度的影响呈非单调关系：800–900 °C因多孔缺陷导致热导率低，1100 °C因结构重组性能下降，仅1000 °C实现石墨化、脱氧和结构完整性的最佳平衡。研究局限性包括太阳辐射数据来源（非现场实测）、未评估长期稳定性及仅在实验室规模测试。
**研究结论**（翻译原文结论部分）：
本研究成功展示了一条可持续且经济高效的路线，通过温和KOH辅助热解从Ghars椰枣废弃物中合成类石墨烯碳。通过系统温度优化，确定1000 °C为最佳条件（G-GhW1000），所得类石墨烯碳具有尖锐的(002) XRD峰（26.16°，d-spacing=3.40 ?）、特征性π→π*跃迁（253 nm）和高C/O比（27.37），原始生物质总产率约35%，具备规模化潜力。温度在结构演变中起决定性作用：较低温度（800–900 °C）产生多孔缺陷网络，光热活性差（太阳能蒸馏器测试中表现为负增强）；1000 °C实现有效脱氧和有序片层堆叠；1100 °C仅获6.0%提升，表明结构重组开始。将G-GhW1000（0.5 g/L）应用于改进型单斜面太阳能蒸馏器，在真实室外条件下，日淡水产量提高18.7–19.0%，热效率从27.2%升至30.8%，归因于更高水温（68 °C）和更大ΔT。蒸馏水符合WHO标准（TDS 9.35 mg/L，pH 7.05），无类石墨烯碳污染，证实其安全性和有效性。通过将农业废弃物价值化为有价值的纳米材料，本研究为循环经济原则做出贡献，并为类石墨烯碳生产提供低成本、环保途径。规模化面临的实际挑战包括稳定的生物质供应、KOH活化过程的大规模优化、纳米流体长期稳定性评估以及生命周期评价。未来工作应聚焦中试规模测试、纳米流体长期稳定性及详细经济分析。
