《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Sustainable Oxygen-Functionalized Graphitic Carbons from Agro-Waste: Influence of Biomass Source on Atenolol Removal
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農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為功能化碳材料吸附阿替洛爾的研究，采用熔鹽-KOH熱處理法在450℃合成咖啡渣、瑪黛茶渣、香蕉皮、甘蔗皮及蔗渣基材料，SEM顯示層狀結(jié)構(gòu)及孔隙，F(xiàn)TIR和拉曼證實(shí)氧官能團(tuán)和石墨化特征。蔗渣和香蕉皮衍生材料吸附效果最佳，蔗渣基材料吸附容量提升350%，歸因于氧官能團(tuán)富集。
Nathália Magno Galdino | Mayara Bitencourt Le?o | Rodrigo Morawski | Alexandre G. Brolo | Andreia Neves Fernandes | Jacqueline Ferreira Leite Santos
巴西南里奧格蘭德聯(lián)邦大學(xué)，化學(xué)研究所，阿雷格里港，RS州
摘要
人口增長(zhǎng)加劇了人們對(duì)農(nóng)業(yè)工業(yè)廢棄物產(chǎn)生、新興污染物及環(huán)境保護(hù)的擔(dān)憂。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的一個(gè)有前景的策略是將農(nóng)業(yè)工業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為能夠從環(huán)境中去除污染物的功能性材料，特別是通過開發(fā)用于水處理的可持續(xù)吸附劑。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要具有可訪問的多孔表面特征和適當(dāng)表面功能的材料，以便與目標(biāo)污染物有效相互作用。鑒于農(nóng)業(yè)工業(yè)廢棄物的多樣性，合理選擇生物質(zhì)對(duì)于優(yōu)化材料性能至關(guān)重要。在本研究中，使用熔鹽輔助方法從咖啡渣、馬黛茶渣、香蕉皮和甘蔗渣中合成了功能化碳材料，該方法基于450°C下的KOH輔助熱處理，避免了碳化過程中的有毒溶劑。通過拉曼光譜、傅里葉變換紅外光譜和掃描電子顯微鏡對(duì)所得材料進(jìn)行了表征，并評(píng)估了它們對(duì)阿替洛爾（一種令人擔(dān)憂的藥品污染物）的吸附性能。結(jié)果表明，生物質(zhì)衍生石墨樣材料的吸附性能受表面化學(xué)和形態(tài)的強(qiáng)烈影響。原始生物質(zhì)表現(xiàn)出更快的吸附動(dòng)力學(xué)，而石墨樣結(jié)構(gòu)顯示出更高的最大吸附容量。來自甘蔗渣和香蕉皮的材料尤其有效，基于甘蔗的吸附劑的最大吸附容量提高了多達(dá)350%。這種增強(qiáng)可能歸因于氧化官能團(tuán)的保留或富集。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了選擇生物質(zhì)對(duì)于設(shè)計(jì)高效水處理吸附劑的重要性。
部分摘錄
引言
全球范圍內(nèi)大規(guī)模產(chǎn)生了各種類型的生物質(zhì)，估計(jì)每年全球陸地生物質(zhì)產(chǎn)量約為1000億噸，此外還有約500億噸的水生生物質(zhì)。[1] 考慮到全球農(nóng)業(yè)廢棄物，估計(jì)每年產(chǎn)生的干生物質(zhì)約為63億噸。大約60%的城市廢棄物（共計(jì)20億噸）由生物質(zhì)組成，包括咖啡渣、茶渣和香蕉皮等。
材料合成
使用了用過的咖啡渣（CG）、用過的馬黛茶渣（MTG）、香蕉皮（BP）、甘蔗皮（SCP）和甘蔗渣（SCB）作為生物質(zhì)。每種生物質(zhì)都按需收集、干燥并粉碎。CG來自電動(dòng)咖啡機(jī)，先風(fēng)干24小時(shí)，然后在120°C下烘干。MTG生物質(zhì)的處理方法類似：先進(jìn)行熱水提取，風(fēng)干24小時(shí)，再在120°C下烘干。BP、SCP和SCB生物質(zhì)的處理過程也相同。材料形態(tài)
圖1展示了合成材料的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。CGT、MTGT、BPT、SCPT和SCBT樣品表現(xiàn)出不同的形態(tài)，這可能反映了表面特性的差異，從而影響了它們的物理化學(xué)性質(zhì)。所有樣品（CGT、MTGT、BPT、SCPT和SCBT）的一個(gè)共同特征是存在空腔。
具體來說，CGT材料（圖1a）呈現(xiàn)出由層狀碳層堆疊而成的波浪狀形態(tài)，這是層狀碳結(jié)構(gòu)的特征。
結(jié)論
碳納米材料因其可調(diào)節(jié)的物理和化學(xué)性質(zhì)以及功能化能力而具有極高的多樣性。在本研究中，利用相對(duì)簡(jiǎn)單的熔鹽輔助KOH熱處理方法（450°C），成功地從多種農(nóng)業(yè)工業(yè)廢棄物（咖啡渣、馬黛茶渣、香蕉皮、甘蔗渣和甘蔗皮）中制備出了氧化改性的石墨碳材料。結(jié)構(gòu)和化學(xué)表征證實(shí)了這些材料的形成。
作者貢獻(xiàn)聲明
Andreia Fernandes：撰寫、審稿與編輯、資源協(xié)調(diào)、資金獲取。
Alexandre Brolo：撰寫、審稿與編輯、資源協(xié)調(diào)、資金獲取。
Rodrigo Morawski：數(shù)據(jù)管理、實(shí)驗(yàn)研究、驗(yàn)證、撰寫與審稿。
Nathália Galdino：撰寫初稿、方法設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)管理。
Jacqueline Santos：撰寫與審稿、監(jiān)督、資源協(xié)調(diào)、項(xiàng)目管理、資金獲取。
Mayara Le?o：撰寫初稿。
關(guān)于寫作過程中使用生成式AI和AI輔助技術(shù)的聲明
在準(zhǔn)備本論文的過程中，作者使用了大型語言模型來校對(duì)英文內(nèi)容。使用該工具/服務(wù)后，作者根據(jù)需要對(duì)內(nèi)容進(jìn)行了審查和編輯，并對(duì)發(fā)表文章的內(nèi)容承擔(dān)全部責(zé)任。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財(cái)務(wù)利益沖突或個(gè)人關(guān)系可能影響本文所述的工作。
致謝
作者感謝FINEP（01.22.0230.00）、FAPERGS（項(xiàng)目編號(hào)22/2551-0000509-8、24/2551-0001550-7、23/2552-0000504-2）、CNPq（項(xiàng)目編號(hào)407810/2022-6、408869/2022-4、305048/2022-8和140223/2020-7）以及CAPES/PRINT提供的財(cái)政支持。同時(shí)，作者也感謝CMM-UFRGS、LAMAS-UFRGS、CEOMat-UFRGS和CAMTEC-UVic提供的設(shè)施支持。
