日前,，營口理工學院梁海副教授課題組完成的研究論文《硝酸鹽活化生物炭用于廢水中磷酸鹽高效去除: 孔隙度和活性位點的協(xié)同優(yōu)化》在國際環(huán)境科學與生態(tài)學領域TOP期刊Chemosphere（影響因子8.943）發(fā)表,。

農業(yè)、市政和化學工業(yè)排放的磷會造成富營養(yǎng)化等環(huán)境問題,，嚴重影響生態(tài)平衡,。探索高吸附能力的吸附劑去除廢水中的磷酸鹽是目前研究人員面臨的重大挑戰(zhàn),。我校梁海副教授、劉海燕教授等人,，以硝酸鹽刻蝕與燃燒作用協(xié)同界面優(yōu)化策略為指導,，基于硝酸鹽原位活化策略，成功制備了一種氧化鎂改性生物炭（MgO-BC）吸附劑,，MgO-BC展示出超高的磷酸鹽吸附性能,。課題組研究成果近期在Chemosphere上發(fā)表：“Porous MgO-modified biochar adsorbents fabricated by the activation of Mg(NO₃)₂for phosphate removal: Synergistic enhancement of porosity and active sites”。雙碳背景下,，該研究成果將對工業(yè)及農業(yè)領域廢水中磷的高效去除以及二氧化碳封存產(chǎn)生重要意義,。

圖1.硝酸鹽原位活化示意圖。

文章要點

要點一：Mg(NO₃)₂原位活化增加了生物炭的孔隙度和活性位點,。

MgO-BC展現(xiàn)出了豐富的孔隙結構與活性位點,。揭示了硝酸鹽原位活化過程孔徑與氧化鎂活性位點協(xié)同形成機制。在熱解初期,，浸漬Mg(NO₃)₂的揮發(fā)分熔融蒸發(fā),，促進了合成吸附劑表面的凸起和孔隙的形成。隨著熱解溫度的升高,，膨體轉變?yōu)榭紫?。隨著熱解溫度提升，Mg(NO₃)₂的蝕刻作用提高了生物炭的孔隙度,。同時,，Mg(NO₃)₂在孔隙中的燃燒生成了納米尺度MgO顆粒，有利于吸附性能的提升,。

圖2. MgO-BC合成方法示意圖

圖3. (a-d)硝酸鹽原位活化機理,，(e) MgO-BC的SEM圖，(f) MgO-BC的EDS-Mapping,，(j) MgO-BC的EDS譜圖

要點二：通過增加孔隙度和活性位點,，磷酸鹽的去除效果顯著增強，磷酸鹽容量高達1809 mg/g,。

MgO-BC對磷酸鹽的等溫吸附過程對于Langmuir具有更高的擬合度,，對磷酸鹽的理論最大吸附量為1809 mg/g,，高于文獻報道的改性生物炭材料。

圖4(a)間歇吸附實驗示意圖. pH對磷酸鹽等溫線吸附(b) pH = 3, (c) pH = 5, (d) pH = 7, (e) pH = 9, (f) pH = 11. (g)不同pH吸附性能對比.

要點三：吸附機理分析：活性位點與孔徑的協(xié)同作用

圖5. (a)吸附前后紅外光譜. (b-g) XPS分析

利用IR,，XPS對吸附前后MgO-BC進行分析,，磷酸鹽的吸附過程機理如下，生物炭表面豐富的活性MgO在溶液中質子化形成MgOH⁺,，磷酸根離子通過靜電吸引被MgOH⁺的正電荷吸引,。進一步通過Mg-P單齒和雙齒表面絡合實現(xiàn)了磷酸鹽的高效去除。

圖6. 吸附機理示意圖

初審初校：王詩涵

復審復校：張雅妮

終審終校：原 宇