【生物炭吸附】吉林农业大学 Chem. Eng. J. | 预处理黑液一步活化生物炭实现四环素高容量吸附

我们建立了催化交流群，感兴趣的老师可以添加微信。微信号：nyhhjch001

传统生物炭活化依赖新鲜NaOH或KOH，存在药剂消耗高、工艺复杂及二次污染等问题；与此同时，秸秆NaOH–尿素预处理产生的黑液含有残余碱、尿素和溶解木质素，处理与利用难度较大。作者将该黑液直接作为活化剂，通过一步浸渍–热解制备玉米秸秆生物炭W-BCS。其中，残余NaOH促进孔隙形成，尿素提供氮源，溶解木质素作为补充碳源和结构缓冲组分，实现孔结构构筑、氮掺杂与碳骨架稳定的协同调控。

W-BCS形成了分级微孔–介孔结构，比表面积达到1988.20 m²·g⁻¹，表面富含含氧官能团及吡啶氮、酰胺氮等含氮位点。在pH 6条件下，其对盐酸四环素的最大吸附量为1292.71 mg·g⁻¹，高于传统两步活化生物炭BCS的740.54 mg·g⁻¹，并接近新鲜NaOH–尿素活化材料P-BCS的1325.98 mg·g⁻¹。在初始浓度150 mg·L⁻¹、流速5 mL·min⁻¹的固定床实验中，W-BCS的穿透容量达到975.0 mg·g⁻¹，穿透和饱和时间分别为130和280 min；经过10次热再生后仍保留67.3%的吸附能力，高于P-BCS的60.2%和BCS的51.7%。在0.1 M NaCl和实际污水基质中，W-BCS分别保持97.0%和93.4%的原始吸附能力，其生产成本较传统BCS降低6.7%。

吸附前后FT-IR和XPS结果表明，羟基、羰基、酰胺氮及吡啶氮参与了盐酸四环素结合，并伴随氢键和π–π相互作用。DFT计算显示，吡啶氮和氨基边缘位点对四环素的吸附能分别为−2.10和−2.66 eV，强于本征石墨烯模型的−1.79 eV；IGMH分析进一步表明，吡啶氮可形成定向氢键，氨基位点则通过静电互补促进四环素靠近碳表面，并增强整体π–π堆积。该研究将预处理废液资源化与抗生素吸附材料制备结合，为减少新鲜活化剂使用和提升生物质精炼废液利用效率提供了可行路径。

https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177891