基于藻类生物质的炭基材料制备及其应用
摘要：生物炭由于其表面本身具有丰富的多孔结构、较大的比表面积和阳离子交换能力、较高pH和较多表面含氧官能团，具有良好的吸附能力。经过活化的生物炭，其表面结构，有效的官能团结构，疏水/亲水性能和表面电荷都会发生改变，生物炭的吸附能力会进一步提高。生物炭与磺胺类抗生素之间通过分子扩散、路易斯酸碱中和作用、pi;-pi; 相互作用及氢键的作用而呈现出良好的吸附作用，通过活化生物炭与未活化生物炭的磺胺类抗生素吸附实验对比，得出生物炭吸附能力提高的潜能，为通过活化技术制造出具有超级吸附能力的生物炭提供理论依据。
关键词：生物炭 磺胺类抗生素 吸附能力 活化
1 生物炭
1.1 生物炭的制备方法
生物炭的制备工艺主要包括慢速裂解法、水热炭化法以及微波裂解法等。慢速裂解法是将生物质置于缺氧或限氧的反应皿中，以较低的升温速率达到 350～800℃的碳化温度，并维持一段时间获得目标产物的方法。水热炭化法(Hydrothermal Carbonization Technology，HTC)是一种将生物质原料转化为高含碳量固体和高附加值液体的热化学处理方法[3]。整个过程需要水的参与，生物质需在反应温度为180-260 ℃、压力为2—6 MPa的高压反应釜密闭系统中经过5-240 min的热化学反应[3]，包括水解、脱水、脱羧、缩合、聚合和芳构化等一系列反应，产物有固体、液体、气体，固体为生物炭，液体为生物油，气体主要是小分子CO2[2]，制备出来之后，进行烘干。微波裂解法不同于传统热传递的裂解方式，升温范围为0.1-1000℃·S-1，在微波反应器的石英容器中以惰性气体为保护气，将生物质裂解制得的生物炭具有产物干净、尺寸均一且有较大的比表面积和孔容积等特点[9]。
1.2生物炭吸附国内外研究进展
近年来，生物炭吸附污染物的研究成为热门研究方向。有研究表明，微孔填充在玉米-残渣衍生的生物炭进行吸附的过程中占主导地位[10]。也有研究表明，硬木制得的生物炭对磺胺噻唑进行吸附过程中主要受pi; -pi; EDA相互作用和电荷辅助H-键（-（CAHB））的控制[11]。更多的研究结果表明，静电排斥力在沉积物炭吸附磺胺甲恶唑中起着重要作用[12]。这些不同的吸附机理可能归因于生物炭的复杂性质，因此，需要进一步研究以说明生物炭吸附磺胺类药物的基本机制[13]。众所周知，生物炭由不同比例的碳和无机组分组成，这主要是取决于制备生物炭的原料和热解达到的温度[14-15]。生物炭是一个“燃烧连续体”[16],它有四种不同的类别：过渡炭、无定形炭、复合炭和管状炭[14]。因此，在不同温度下产生的生物炭对疏水性有机化合物(HOCs)的过渡吸附和分离将发生[17-18]。与疏水性有机化合物相比，大多数磺胺类抗生素倾向于根据溶液pH和它们的pKa值电离[19]。
2 生物炭吸附抗生素的影响因素及机理
