葡萄醋渣机械化学高值化制备功能化活性炭用于从水中高效去除孔雀石绿和 Hg(II)

《Scientific Reports》：Mechanochemical valorization of grape vinegar pulp into functional activated carbon for efficiency removal of malachite green and Hg(II) from water

　　

摘要

含有合成染料和有毒金属离子的工业废水对水生生态系统和人类健康构成持续风险。本文研究将葡萄醋渣（一种农业工业残留物）通过 H?PO?辅助活化、N?辅助碳化和高能球磨转化为机械化学活性炭（aGVP），用于去除水中的孔雀石绿（MG）染料和 Hg(II) 离子。FTIR、BET、SEM 和 pH_pzc 分析揭示了富含含氧官能团的多孔碳质结构，且 pH_pzc 约为 4.06。批次实验表明，吸附作用强烈依赖于溶液 pH 值、吸附剂用量、初始浓度、接触时间和温度，吸附速度快，且在 90 min 内达到近平衡状态。吸附动力学最好由准二级模型描述（R2 = 0.995–0.999）。两种污染物的平衡数据更适合用 Freundlich 模型表示，支持在能量异质的表面位点上的吸附。Langmuir 模型估算 MG 的最大吸附容量为 107.76 mg g?1，Hg(II) 为 1244.17 mg g?1，尽管相关系数值较低。热力学分析证实吸附过程是自发的且吸热的。使用基于中心复合设计的响应面法进行工艺优化，预测 MG 的最大去除率为 97.26%，Hg(II) 为 96.10%，与实验验证结果高度吻合。尽管 BET 比表面积相对较低，但 aGVP 表现出较高的去除性能，这归因于富含氧的表面官能团、有利的吸附质 - 表面相互作用以及增强的孔隙可及性。这项工作提出了一种具有成本效益的废物资源化方法，用于生产多功能生物质基吸附剂，在可持续废水处理和循环生物经济应用方面具有巨大潜力。