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华中农业大学牛文娟博士等:N-P-O共掺杂生物炭的制备及其电容去离子性能

2026-06-14 18:53:19

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《农业工程学报》2026年第42卷第4期刊载了华中农业大学等单位牛文娟、余天赐、秦千惠、宋涛、须吴潇、杜赛、张亚超、张海燕的论文——“N-P-O共掺杂生物炭的制备及其电容去离子性能”。该研究由武汉市自然科学基金探索计划项目（晨光计划2024040801020297）、湖北省自然科学基金面上项目（2021CFB611）、国家自然科学基金项目（32401732）等资助。

引文信息：牛文娟，余天赐，秦千惠，等. N-P-O共掺杂生物炭的制备及其电容去离子性能[J]. 农业工程学报，2026，42(4)：320-332.

DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202507244

研究目的与方法：

针对普通生物炭孔隙结构单一、比表面积较小和表面基团匮乏等特性难以满足电容去离子（capacitive deionization，CDI）电极需求等问题，该研究以花生秸秆为原料，研究了不同活化方式、氧化处理和不同元素引入对生物炭理化性能和电化学性能的影响。

结果与结论：

结果表明，两步活化法更适合P掺杂与氧化改性相结合，HNO₃水热氧化和空气氧化的综合掺氧效果最佳。N、P和O元素的引入能够改善生物炭的孔隙结构并增强其吸附作用，N-P-O共掺杂生物炭相较于未进行改性的生物炭比表面积最高可提升10.61倍，通过两步活法化并进行HNO₃水热氧化法处理得到的N-P-O共掺杂生物炭（APCNW）和两步活化法制备的P负载生物炭（APC）介孔体积从0.013增大至0.078 cm³/g，使其具有更好的离子扩散路径。更丰富的P、O元素能够使生物炭拥有更高的离子吸附能力及吸附容量；N-P-O共掺杂生物炭对Cu²⁺的去除效果优于腐殖酸，生物炭表面O和P原子与Cu²⁺之间的配位作用能进一步提高生物炭电极材料的CDI容量。其中，APCNW碳骨架结构完整，表面P-O基团丰富，O 1s分峰中-COOH/P-O-P和C=O/P=O官能团的联合占比达到 53.1%，介孔表面积和介孔体积分别为82 m²/g和0.078 cm³/g，对腐殖酸和Cu²⁺的去离子容量分别为10.92和53.83 mg/g，相较于APC分别提高了110%和99%。研究可为电容去离子技术工业化处理污水提供参考。