变废为宝：芦苇生物炭成为染料废水克星

变废为宝：芦苇生物炭成为染料废水克星

在环保领域，如何高效处理印染废水是一大难题。中国海洋大学的研究团队发现，利用常见的湿地植物芦苇制备成的生物炭，能有效吸附去除废水中的典型污染物亚甲基蓝，为实现“以废治废”提供了新思路。

一、挑战：难降解的染料污染

      亚甲基蓝广泛用于纺织、医药等行业，其废水若处理不当，会对水环境和人体健康造成危害。传统活性炭吸附法虽有效，但成本高昂。寻找一种廉价高效的替代吸附剂成为研究热点。生物炭应运而生。它由秸秆、木屑等废弃物在缺氧条件下热解制成，成本低廉且环境友好。这项研究创新地选用芦苇作为原料，探索其处理染料废水的潜力。

二、实验：温度是关键变量

      研究人员将芦苇在不同温度（300℃, 400℃, 500℃, 600℃）下热解，制成四种生物炭（CR₃₀₀-CR₆₀₀），并系统比较了它们的特性与吸附性能。

1. 生物炭的“蜕变”

研究发现，热解温度显著改变生物炭性质：

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（1）.碳含量提升：从300℃到600℃，碳含量由65.75%增至81.64%，碳化程度加深。

（2）.孔隙结构变化：比表面积随温度升高而增大，但500℃制备的CR500具有最适宜的孔道结构，吸附效果最佳。

（3）.表面官能团：高温生物炭表面含氧官能团减少，结构更稳定。

 

图１ 不同热解温度制备的芦苇生物炭的傅立叶红外光谱图

2. 吸附性能巅峰：500℃

吸附实验表明：

（1）CR500吸附能力最强：其对亚甲基蓝的最大吸附量达到5.03 mg/g，优于其他温度样品。600℃的CR600因部分孔道高温坍塌，吸附能力反而下降。

（2）吸附平衡快：所有生物炭在24小时内均可达到吸附平衡。

 

图2 吸附时间对各生物炭吸附亚甲基蓝的影响

3. 环境适应性强

（1）喜好碱性环境：溶液pH值在8-9时，吸附效果最好。因生物炭表面带负电，易于吸附带正电的亚甲基蓝分子。

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图3 初始PH值对于芦苇生物炭吸附亚甲基蓝的影响

（2）抗盐干扰：废水中常见的NaCl离子对吸附仅有轻微抑制作用（降幅5%-22%），表明芦苇生物炭适用于实际废水处理。

三、机理：单分子层化学吸附

      研究通过模型拟合发现，吸附过程最符合 Langmuir模型 和 伪二级动力学模型。这表明：

1. 单分子层吸附：亚甲基蓝分子在生物炭表面形成单分子层，分子间互不影响。

2.化学吸附为主：吸附本质是生物炭表面与污染物分子之间的化学键合作用，而非简单的物理附着。

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图4 不同热解温度制备的芦苇生物炭对于亚甲基蓝的吸附等温线

四、总结与展望

       这项研究清晰地表明，利用废弃芦苇制备的生物炭，特别是500℃热解条件下得到的产物，能够高效吸附去除水体中的亚甲基蓝。其吸附效果受环境pH影响较大，在弱碱性条件下效果最佳，且对一定的盐度不敏感。

      这为处理染料废水提供了一条低成本、绿色可持续的新思路：一方面，可以解决湿地植物腐烂造成的二次污染问题；另一方面，将其“变废为宝”转化为高价值的吸附剂，实现了资源循环利用。

版权说明

      本文内容整理自发表于《中国海洋大学学报（自然科学版）》的学术论文《芦苇生物炭对亚甲基蓝的吸附特性研究》（作者：张明月等）。原创研究成果版权归原作者及期刊所有。