隨著過度依賴石油資源引發(fā)的環(huán)境問題日益嚴峻，生物質(zhì)被認為是一種可替代石油資源制備生物油和合成氣的具有潛力的原料。然而在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中，會產(chǎn)生大量的廢棄殘渣，通常被焚燒或者丟棄，從而造成環(huán)境污染和資源浪費。因此，一種經(jīng)濟可行的方式就是利用這些含碳量高的廢棄殘渣制備高性能的碳材料。
以磷酸為活化劑，從稻殼渣中制備活性炭得到了世界各國研究者的關(guān)注。然而，在磷酸活化過程中，制備得到的活性炭的結(jié)構(gòu)形成機制仍然不清楚。針對在磷酸活化過程中，中科院成都生物研究所劉曉風(fēng)課題組在站博士后羅倚坪對該過程中磷酸的作用以及活性炭結(jié)構(gòu)形成機制進行了一系列的分析。通過研究磷酸濃度、活化溫度、活化時間以及酸堿預(yù)處理等對從稻殼渣中制備活性炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響，得到了制備活性炭的最佳條件，其獲得的活性炭最大比表面積為1365 m2/g。對制備的活性炭的表面化學(xué)特征進行了詳細分析，發(fā)現(xiàn)在制備活性炭過程中，NaOH和HCl連續(xù)預(yù)處理可完全去除碳材料中的二氧化硅和灰分，促進活性炭表面和內(nèi)部出現(xiàn)裂縫和形成孔結(jié)構(gòu)。而在該過程中，磷酸扮演著一種化學(xué)反應(yīng)劑的功能，可以和活性炭中的酚羥基基團和羰基基團相互作用，形成含磷的碳物種（即C-O-P物種），進一步促進活性炭內(nèi)部形成微孔結(jié)構(gòu)，從而提高活性炭的比表面積。除此之外，還發(fā)現(xiàn)磷酸也扮演著一種催化劑的功能，可以有效的調(diào)整和控制活性炭的質(zhì)構(gòu)特性和孔結(jié)構(gòu)。最后，為了驗證是否獲得了高性能的碳材料，分別采用稻殼渣和最佳條件下制備的活性炭處理垃圾填埋場滲濾液，發(fā)現(xiàn)活性炭中形成的磷物種可高效催化處理滲濾液，其中滲濾液中污染物的移除率超過90%，同時也能顯著地降低滲濾液中的總氮（移除率為84%），COD（移除率為82%）和氨氮含量（移除率100%）。該成果為制備高性能的碳材料有效處理廢水提供了有價值的信息。
本研究得到了中國博士后科學(xué)基金，四川省科技計劃項目和中國科學(xué)院環(huán)境與應(yīng)用微生物重點實驗室暨環(huán)境微生物四川省重點實驗室開放基金項目(No. KLCAS-2018-5)等支持，相關(guān)研究成果
“The performance of phosphoric acid in the preparation of activated carbon containing phosphorus-species from rice husk residue”發(fā)表在“Journal of Materials Sicences”期刊上。
活性炭中形成的磷物種可高效催化處理垃圾填埋場滲濾液