在工業化進程加速的今天，紡織、皮革、造紙和制藥等產業在創造經濟價值的同時，也排放了大量含有合成染料的有色廢水。這些染料，尤其是其復雜的芳香族結構，在自然環境中極其頑固，難以降解，對水生生態系統構成了巨大威脅，并可能通過食物鏈影響人類健康。其中，亞甲藍（Methylene Blue, MB）作為一種常見的陽離子吩噻嗪染料，應用廣泛，但潛在的危害同樣不小，例如可能導致眼睛灼傷、惡心、嘔吐等癥狀。傳統的染料處理方法如混凝-絮凝、膜過濾等，或因成本高昂，或因可能產生二次污染，處理效果有限。相比之下，吸附法以其高效、經濟、環境友好的特點脫穎而出。活性炭（Activated Carbon, AC）是目前廣泛使用的高效吸附劑，但其傳統生產工藝多依賴于不可再生的化石原料（如煤），成本高昂且不夠“綠色”。因此，尋找一種低成本、可再生、高效的替代吸附材料，對于實現工業廢水處理的可持續發展至關重要。

竹類植物，作為一種生長迅速的草本植物，其生物質富含木質纖維素，是制備生物質基活性炭的理想前體。它具備可再生、來源廣泛、天然多孔等優勢。本研究以特定的毛竹（Bambusa bambos (L.) Voss）為原料，在無任何表面改性的前提下，探索了其熱解炭化制備的竹炭對水中MB染料的吸附性能，并系統分析了其作為低成本、可持續吸附材料的潛力和機理。相關研究成果發表在《Advances in Bamboo Science》上。

為了完成這項研究，作者主要運用了以下幾個關鍵技術方法：

首先是竹炭的制備：將毛竹切割成小塊，經過干燥、預碳化和碳化等多個溫度階梯的加熱過程（從100-480℃），最終制備成粉末狀竹炭。其次是材料表征技術：使用X射線衍射（X-ray diffraction, XRD）、傅里葉變換紅外光譜（Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR）和紫外-可見分光光度計（UV-Visible spectrophotometer）分析了竹炭的晶體結構、化學鍵和光學性質；采用場發射掃描電子顯微鏡（Field-emission scanning electron microscopy, FE-SEM）結合能譜分析（Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDS）觀察了其微觀形貌和元素組成。最后是批次吸附實驗：通過在不同吸附劑濃度（0.3–1.2 g/L）、不同溫度（27–60℃）和不同初始MB濃度條件下進行實驗，測量了竹炭對MB的去除效率和吸附容量，并應用朗繆爾（Langmuir）和弗羅因德利希（Freundlich）吸附等溫線模型對吸附過程進行了分析。

XRD表征確認了竹炭的非晶碳結構：XRD圖譜顯示，在22.56°和43°處出現寬衍射峰，對應于非晶碳的（002）和（101）衍射面，表明木質纖維素成功轉化為類石墨的碳質結構。這種非晶結構含有大量活性位點，有利于吸附。圖譜中26.76°處的尖銳峰則表明竹炭中含有二氧化硅（SiO₂）成分。

FTIR光譜揭示了竹炭的表面官能團：光譜在約3475 cm^-1處出現寬峰，對應于表面羥基（O─H）的伸縮振動。1566 cm^-1處的峰源于C═C鍵的伸縮振動，進一步證實了非晶碳的存在。1103 cm^-1和870 cm^-1附近的峰則分別歸屬于C─O和C═C─H鍵的振動。這些官能團（如羥基-(-OH)、羧基-(-COOH)）為吸附MB分子提供了活性位點。

UV-Vis分析表明竹炭具有紫外光吸收特性：竹炭表現出對紫外（UV）和可見光的吸收能力，其吸收邊約在350 nm，計算得到的帶隙（Band-gap）為3.54 eV，這與常見的非晶碳材料特性相符。

FE-SEM和EDS顯示了竹炭的多孔結構和主要元素組成：FE-SEM圖像顯示竹炭呈現充滿孔洞的蜂窩狀結構，并保留有長纖維狀特征。這種多孔結構具有大的比表面積，有利于吸附和催化反應。EDS元素分析證實碳（C）和氧（O）是主要元素，原子百分比分別為94.94%和3.25%。

吸附劑濃度和溫度對MB去除效率有顯著影響：研究發現，在室溫條件下，MB去除效率隨竹炭投加量（從0.3 g/L至1.2 g/L）增加而升高，這是由于吸附位點增加。但當濃度超過0.9 g/L時，去除效率反而下降，這可能是由于吸附劑顆粒聚集，阻塞了有效的吸附位點。溫度實驗表明，吸附效率從室溫（27°C）上升至40°C，但在60°C時顯著下降，這表明竹炭對MB的吸附是一個放熱過程。

吸附過程遵循朗繆爾等溫線模型：對吸附數據的擬合顯示，朗繆爾模型的決定系數（R²）為0.81，表明數據與該模型吻合良好。計算得到的最大吸附容量（q_max）為18.8 mg/g，朗繆爾常數（K_L）為1.11 mg/g。分離因子（R_L）的計算值小于1（為0.056），表明該吸附過程是易于發生的。這些結果表明，竹炭表面具有相對均一的吸附位點，且MB分子在其表面形成了單分子層覆蓋。相比之下，弗羅因德利希模型的擬合度較低，表明其不適用于描述本研究的吸附機制。

綜上所述，本研究成功地利用未經表面改性的毛竹竹炭實現了對亞甲藍（MB）染料的有效吸附。通過各種表征技術確認，該竹炭具有與各類廢棄物制備的碳基材料相似的特性。吸附實驗表明，竹炭對MB的吸附能力取決于吸附劑濃度和溫度，最佳去除效率在40°C和特定吸附劑濃度下獲得。吸附過程遵循朗繆爾等溫線模型，最大吸附容量達到18.8 mg/g。研究的重要意義在于，它證明了以豐富、可再生的毛竹為原料，通過簡單的熱解過程制備的竹炭，可作為去除水中MB染料的一種低成本、高效的吸附材料。這為利用可持續生物質資源開發綠色環保的污水處理技術提供了新的思路和數據支持，有助于推動水污染治理領域的可持續發展。