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1研究背景
随着工业化进程的加速，环境污染和资源枯竭问题日益严峻。特别是在能源和环境领域，活性碳（AC）因其独特的孔隙结构、高比表面积和丰富的表面官能团而备受关注。它被广泛应用于CO2捕获、废水处理、气体和液体的分离/纯化、催化剂载体以及超级电容器等领域。传统的活性碳制备方法包括物理活化和化学活化两种。物理活化通常涉及在中等温度下碳化，然后在更高温度下用水或CO2进一步活化。相比之下，化学活化以浸渍剂和原料的混合，随后在惰性气氛下进行一步加热过程，如果使用ZnCl2或H3PO4作为化学剂，活化温度较低。然而，使用ZnCl2进行化学活化后的固体残留物需要复杂的后处理以去除ZnO或未转化的ZnCl2，这不仅增加了成本，还产生了含ZnCl2的液体废物，这些废物不能直接处置，必须妥善处理，对环境造成影响。在这一背景下，科研人员开始探索如何提高ZnCl2的利用效率，并减少液体废物的产生。回收利用ZnCl2不仅能够减少新ZnCl2的使用，降低成本，还能减少环境污染。这项研究正是基于这样的背景，旨在通过回收ZnCl2来活化生物质，制备活性碳，以实现环境和经济效益的双赢。
2成果简介
在这项研究中，科研人员探索了从酸洗过程中回收的ZnCl2用于活化莲藕和棉纤维，以制备活性碳的新方法。这种方法不仅提高了ZnCl2的利用效率，还减少了液体废物的产生。研究结果表明，使用回收ZnCl2进行活化比使用新鲜ZnCl2更有效，能够显著提高活性碳的产率（48.7%对比33.5%），通过促进糖类和木质素衍生物的聚合反应。尽管这以牺牲比表面积为代价（使用回收ZnCl2活化的活性碳比表面积为908.8 m²/g，而使用新鲜ZnCl2活化的为1560 m²/g），但回收ZnCl2的使用在环境影响上更低，因为它减少了液体废物的产生。3图文导读
图1 展示了基于100公斤原料的莲藕和棉纤维热解/活化过程中生物炭/活性碳、生物油和气体的分布。图2 GC-MS和UV荧光分析了新鲜ZnCl2和回收ZnCl2活化莲藕产生的生物油。(a) 生物油中典型化合物的标准化丰度；(b) 生物油的2D UV荧光光谱；(c-e) 生物油的3D UV荧光光谱。图3 N2物理吸附等温线和孔径分布。(a-b) 莲藕；(c-d) 棉纤维。图4 生物炭和活性碳的XRD图案。(a) 莲藕的生物炭和活性碳；(b) 棉纤维的生物炭和活性碳；(c) 用回收ZnCl2浸渍的莲藕和未用HCl溶液浸泡的活性碳的XRD图案；(d) 莲藕和棉纤维的生物炭和活性碳的Van Krevelen图。图5 生物炭和活性碳的TG分析。(a-b) TG表征；(c-d) FTIR表征；(e-f) FTIR光谱中C=O/C=C比率。。图6生物炭和活性碳的水接触角表征。(a) 莲藕；(b) 棉纤维。。
4小结
这项研究成功地展示了通过回收ZnCl2来活化生物质制备活性碳的可行性，不仅提高了ZnCl2的利用效率，还减少了液体废物的产生。研究结果表明，回收ZnCl2作为一种路易斯酸，能够促进聚合反应，增加活性碳的产率，同时减少了生物油和气体的产生。此外，回收ZnCl2的使用还导致了活性碳中孔隙结构的变化，虽然比表面积有所降低，但中孔比例增加。这些发现证实了回收ZnCl2在生物质活化中的潜力，为构建资源节约型和环境友好型社会提供了重要的科学依据。尽管如此，研究也指出了一些需要进一步探讨的问题，例如ZnCl2在活化过程中的具体转化率、HCl的回收利用、其他氯盐对活化过程的影响，以及ZnCl2的多次回收利用等。这些问题的深入研究将有助于进一步提高活性碳的制备效率和环境效益。文献：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157278
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