植物基活性炭的制备及吸附应用研究进展

从植物基活性炭的制备及其吸附应用两个部分对国内外的研究进行了综述。介绍了不同生物质原料对活性炭品质和用途的影响，总结了常用活性炭炭化方法，着重阐述了不同活化方法的优缺点和研究现状，并对不同活性炭改性技术的特点和应用进行了比较。植物基活性炭的应用主要包括对硫化氢等工业废气和甲醛等室内废气的吸附净化，对废水中有机染料、有机药物、小分子有机化合物和重金属的吸附，以及被用于制作超级电容器电极材料等。最后针对目前研究中对植物原料的特点考虑不足、制备过程存在环境污染等问题，指出根据植物前体的性质优化制备方法、开发绿色高效制备技术、提高活性炭回收再利用效率将是今后的主要研究方向。

植物作为生物质资源的重要组成部分，不仅来源广泛，而且储量巨大，仅我国每年在农林作物收获、加工过程中产生的废弃物就约有10亿吨，是一类十分宝贵的绿色资源。目前，从自然界获取的植物资源多以畜禽饲料、田间堆肥、露天焚烧等形式被利用，仅少量被用于制备沼气、液体燃料等，造成了严重的环境污染和资源浪费。因此，如何对农林废弃物进行有效的转化利用已成为一个亟待解决的环境问题。活性炭因具有孔隙结构多样、比表面积大、表面官能团丰富、良好的化学和生物学稳定性等特点，赋予其多种优异性能，其中以吸附性能最为显著，在日常空气净化、挥发性有机物治理、含重金属和有机物废水处理中都有广泛应用，已成为国民经济发展的重要功能材料。相比传统的煤基活性炭，植物基活性炭具有诸多优势，主要体现在植物基原料均含有丰富的碳素，灰分含量较低，有机氧含量高，具备有利的天然孔隙结构，炭化时易形成

丰富的孔隙结构和含氧官能团；活化时活化剂容易进入孔隙内部，且反应效能较好，易于形成发达的微孔，是制备活性炭的良好材料，在我国活性炭产量中占比30%左右。

多年以来，研究人员对以农林废弃物制备活性炭进行了大量研究，并取得了较好的成果。然而对植物

基活性炭的研究多以追求高比表面积为主要目标，近年来对活性炭其他性能的关注也颇多，如其电化学性能。本文综述了近年来植物基活性炭制备及其吸附应用的研究，特别是对比分析了各原料种类、制备方法、改性技术对活性炭品质性能的影响以及植物基活性炭的应用现状。

1 植物基活性炭前体

表1 不同植物原料的特点及应用

2 植物基活性炭的制备方法

2.1 炭化方法

2.2 活化方法

表2 植物基活性炭常用活化方法研究现状

2.2.1 物理活化法

图1 物理活化法工艺流程图

2.2.2 化学活化法

图2 化学活化法工艺流程图

2.2.3 物理化学活化法

 

2.2.4 微波化学活化法

 

2.3 植物基活性炭的改性技术

 

表3 植物基活性炭常用改性方法研究现状

 

 

3 植物基活性炭的吸附应用

 

3.1 气相吸附

 

3.1.1 室内空气净化

 

3.1.2 工业废气处理

 

3.1.3 挥发性有机物的回收

 

3.2 液相吸附

 

3.2.1 重金属等无机物

 

3.2.2 染料等有机物

 

3.3 超级电容器电极材料

 

3.4 其他

 

4 结 语

 

利用植物原料制备活性炭，不仅能够避免资源浪

费和环境污染等问题，还可以起到“以废治污”的作用。本文通过对植物基活性炭的原料种类、制备及应用进行归纳总结，发现植物原料因自身性质的不同，使得所制备的活性炭在品质和应用方面存在明显差异。为更好地理解反应机理、优化工艺参数，必须认真考虑植物前体可能产生的影响，这将有利于实现植物基活性炭的制备清洁化和环境友好化。

不同的制备方法、改性添加剂、工艺参数对植物基活性炭的性质和应用的影响更为显著。目前植物基活性炭制备方法中应用较多的是化学活化法和物理活化法，其中活化剂、改性剂及反应条件（活化温度、活化时间、气体流量等）对活性炭的品质起决定性作用，需要慎重选取，并不断优化改进。同时，新的制备方法和改性技术的出现，可以进一步提高活性炭品质、扩展其用途范围，但是如何提高新方法、新技术的稳定性和实用性，或者与现有成熟技术有机结合，在未来研究过程中需要认真考虑。此外，活性炭制备过程中会有尾气产生，如HNO3活化法制备活性炭会产生NOx等污染性气体，如何处理活性炭制备过程中所产生的尾气，同样不可忽视。

植物基活性炭的应用特别是在水环境领域的应用比较全面，可以有效处理废水中的有机染料、有机药物、小分子有机物和重金属离子。但是，相应的吸附研究大多还停留在实验室阶段，对实际废水、多吸附质间的相互影响、活性炭回收再生的研究有待进一步丰富。植物基活性炭在气体净化领域的应用同样在不断地丰富和发展，除常见的用来吸附硫化物和氮化物外，相关学者也正在研究其对CO2、CO等气体的吸附；针对植物基活性炭应用于超级电容器电极材料，研究人员正对如何进一步提高活性炭的电化学性能作积极探索，并尝试降低其制备成本、减少环境污染。