香蒲基生物炭的活化及对VOCs吸附的应用

王红宁，黄 丽，清 江，马腾洲，蒋 伟，黄维秋，陈若愚

（1.常州大学精细石油化工江苏省重点实验室,常州 213164；2.常州大学江苏省油气储运技术重点实验室,常州 213016；3.上海海关工业品与原材料检测技术中心,上海 200135）

挥发性有机化合物（VOCs）是在室温下具有低沸点、高蒸汽压和强反应性的有机化合物［1］，是最常见的空气污染物之一，需要根据日益严格的环境法规进行控制.VOCs是产生温室效应的主要原因，会对人的神经系统和器官造成毒性，直接损害消化和血液系统，降低机体免疫力，并引起内分泌系统紊乱和代谢缺陷［2］.现已开发了许多技术用于减少VOCs，主要包括燃烧法［3］、生物降解法［4］、膜分离法［5］、等离子体技术［6］和吸附法［7～9］等.目前，吸附法因为操作简便、适用性广泛以及成本低，被认为是最有效的策略之一［10］.多孔材料（如碳基材料、有机聚合物及复合材料等）可以通过对容量、疏水性、热稳定性和可再生性等方面的改性来改善VOCs的吸附性能［10，11］.

生物炭（Biochar）是典型的碳材料，由于其丰富的原料和高效低成本，被认为是商业活性炭（Activated carbon，AC）的潜在替代品［12］.与AC相比，Biochar能在惰性气氛下、较温和的热解条件缓慢热解，温度相对较低（＜700℃）下产生［13～15］.丰富的含碳物质（如木质材料、农林剩余物和水果副产品等）都可用于Biochar的生产，而且其生产成本比AC低得多.未经处理的Biochar的孔隙结构很不发达，限制了其对VOCs的吸附能力，采用物理和化学活化进行处理，可以形成大的比表面积和微孔结构.相对于物理活化（生物炭在蒸汽或CO2的作用下在约900℃下活化）［16］，化学活化使用更为广泛.化学活化是在400～900℃的温度范围内热解与化学活化剂混合的前驱体［17］，具有低能耗和省时的特性.通常，常用H3PO4［18］，KOH［19］，NaOH［20］和K2CO3［21］等对Biochar进行化学活化，制备具有大比表面积的多孔碳质材料.Tham等［22］研究了KOH活化Biochar 2 h后形成的衍生Biochar，其对苯有较高的吸附能力（144 mg/g），与原始的Biochar相比，比表面积从228 m2/g增加到1397 m2/g，总孔体积也从0.02 cm3/g增加到0.51 cm3/g.Shen等［23］研究在750℃下，在Biochar/KOH质量比为1∶1的条件下活化Biochar，得到比表面积大且具有层状多孔结构的Biochar，对甲苯的吸附容量为0.394 g/g.Shi等［24］用KOH活化小龙虾壳，得到高比表面积（2669.40 m2/g）和孔容（1.42 cm3/g）的Biochar，其对苯的吸附容量为684.6 mg/g.目前很少有文献以常见的香蒲为原料制备Biochar，并研究其VOCs吸附性能.

本文以香蒲为原料制备了Biochar，并使用不同试剂对其进行活化，研究了最佳活化剂（Na2CO3）与Biochar不同质量比对Biochar活化的影响，并对材料进行了表征，确定了活化的最佳质量比，还研究了其静态、动态吸附性能，及其稳定性，并与商品化AC和硅胶（Silica gel，SG）进行了比较.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

氢氧化钾（KOH）、氢氧化钠（NaOH）、碳酸钠（Na2CO3）、碳酸钾（K2CO3）、正己烷和甲苯（国药集团化学试剂有限公司）；氨基钠（NaNH2，Aladdin化学试剂有限公司），所用试剂均为分析纯；92号汽油（中国石油化工股份有限公司）；活性炭（AC，常州一烃环保科技有限公司）；硅胶（SG，青岛贸易公司）；制备生物炭的香蒲采自江苏省常州市武进区.

JEM-1200EX型透射电子显微镜（TEM）和JSM-6360LA型扫描电子显微镜（SEM），日本电子株式会社；Nicolet-460型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），美国赛默飞世尔公司；Trstar II 3020型全自动比表面积和孔隙分析仪，美国麦克仪器公司；GC-950型气相色谱仪（GC，上海海欣公司）.

1.2 实验过程

1.2.1 Biochar的制备 将剪裁好的香蒲洗净后，放入烘箱中于100℃烘干，然后放入球磨机中碾碎成粉末并收集，在氮气中以2℃/min的速率从室温升高到700℃，并保持5 h后，冷却得到Biochar.

1.2.2 Biochar的活化 将不同的活化剂与Biochar以质量比1∶1在研钵中进行充分研磨混合，再以不同的升温时间、活化温度和保持时间进行活化.以KOH或NaOH活化为例，将KOH或NaOH分别与Biochar以质量比为1∶1在研钵中进行充分研磨混合后，放入石英舟中，在氮气环境下经4 h升温至600℃，并保持2 h.冷却后水洗至pH=7，于60℃干燥过夜.所得样品命名为Biochar-x-y，其中x是活化试剂，y是活化剂与Biochar的质量比.K2CO3或Na2CO3活化升温时间为2 h，活化温度为700，保持2 h；NaNH2活化升温时间为47 min，活化温度为500℃，保持1 h.

确定最佳活化试剂后，改变质量比，将Na2CO3与Biochar以不同质量比（1∶1，2∶1，3∶1，4∶1）进行混合，活化升温时间为2 h，活化温度为700°C，保持2 h，水洗干燥后得到不同质量比的样品.

1.3 静态/动态吸附实验

在静态吸附实验中，将粉末样品装在无盖的称量瓶（50 mm×30 mm）中.在90 Pa的高真空下，将样品加热到100℃预处理2 h（除去水分和吸附的小分子化合物等杂质）.将装有适量吸附质（正己烷、甲苯和92号汽油）的干燥器放置于恒温水浴槽中，由称量瓶中称取一定质量的吸附剂，并在100℃下真空脱附75 min，然后将装有吸附剂的称量瓶（无盖）在25℃下与VOCs或水蒸汽充分接触24 h.吸附达到饱和后，利用分析天平测量吸附前后的质量，通过在真空环境中将样品加热到100℃保持75 min（样品的质量不再改变）进行脱附.所有静态吸附实验均进行了5次（5个吸附-脱附循环），以确保数据的可重复性.通过下面公式分别计算出该吸附剂的静态吸附容量（X，g/g）和脱附效率（Y，%）：

式中：m1（g）和m2（g）是吸附前后的样品质量；m3（g）和m4（g）分别是脱附前后的样品质量.

在动态吸附实验过程中，将约0.480 g的样品装入固定床反应器中，在进行吸附测量之前，将样品在真空条件下于100℃预处理过夜（除去物理吸附的水分子和少量有机杂质）.以空气作为载气，并进行调节，以保持总流量为0.130 L/min（正己烷和甲苯浓度分别为0.290 g/L和0.381 g/L）.通过GC测量吸附前后的浓度变化，确定被吸附物的吸附容量.吸附剂的平衡动态吸附容量（qe，g）由穿透曲线根据下式计算得出：

式中：cA（g/L）和c0（g/L）分别是通过固定床塔的物流的出口和入口浓度；FA（L/min）是正己烷和空气的混合气体流量，t（min）为吸附时间，W（g）是吸附床中吸附剂的量.为了研究水蒸汽对Biochar的正己烷、甲苯的动态吸附性能的影响，进行水饱和载气（相对湿度95%）对照实验.根据式（3）由穿透曲线计算出正己烷、甲苯的平衡动态吸附容量qe,n-hexane和qe,toluene利用式（1）根据样品在动态吸附前后的质量变化来计算qe，样品脱附效率的计算过程与静态一样.水蒸汽平衡动态吸附容量（qwater）通过qe-qe,n-hexane和qe-qe,toluene计算.还进行了双组分的动态同时吸附（相同体积的正己烷和甲苯），根据式（3）以及各自的标准曲线计算出相应的平衡吸附容量.

2 结果与讨论

2.1 样品的结构与形貌表征

从图1（A）和（B）中可以看出，经100℃干燥24 h后的香蒲长度并没有变化，宽度缩减了约一半.图1（C）和（D）分别是香蒲碳化前后的粉末照片，说明在实验条件下碳化完全.图1（E）和（F）分别为活化前后Biochar的SEM照片，活化前的Biochar具有管状结构，有较为光滑的表面和厚壁，经Na2CO3活化后尽管保持管状结构，但表面变得粗糙和疏松，且可以看出活化后Biochar的表面还存在空穴，形成了多孔结构［25］.活化前后生物炭的TEM照片进一步表明，经Na2CO3活化后的Biochar存在多孔结构［图1（G）和（H）］.

Fig.1 Pictures of cattail before and after carbonization(A—D),SEM(E,F)and TEM(G,H)images of Biochar

图2（A）和（B）分别为Biochar和经不同活化试剂（不同活化剂和Biochar质量比均为1）活化后Biochar的氮气吸附-脱附等温线和孔径分布图.活化后Biochar的氮气吸附等温线都是典型的IV型等温线［图2（A）］，具有H4型磁滞环，这表明活化后的样品均具有介孔结构.由图2（B）可以看出，未活化的Biochar孔径分布较广，而活化后的Biochar都有一个较尖的峰，表明活化后的Biochar孔径分布相对较窄，孔径分布在3.8～4 nm之间，相对均一.

Fig.2 N2 adsorption⁃desorption isotherms(A)and pore size distributions(B)of Biochar(a),Biochar⁃KOH⁃1(b),Biochar⁃NaOH⁃1(c),Biochar⁃K 2CO3⁃1(d),Biochar⁃NaNH 2⁃1(e)and Biochar⁃Na2CO3⁃1(f)

Table 1 Structural parameters of biochar before and after carbonization

表1列出了未活化的Biochar和活化后Biochar的结构参数.可以看出，当活化剂与Biochar的质量比为1∶1时，未活化的Biochar的BET比表面积（SBET）和孔体积（Vt）均很小，分别为1.71 m2/g和0.00421 cm3/g，经过活化后SBET和Vt大大增加，其中，Biochar-Na2CO3-1的SBET和Vt最大，分别为512 m2/g和0.159 cm3/g，同时也具有最大的Sm和Vm（284 m2/g和0.147 cm3/g），平均孔径（3.87 nm）最小.从表1中可以看出，经过活化后的Biochar微孔数量增多，Na2CO3是最好的Biochar活化剂，不同活化剂的结构参数不同，是由于其活化温度（现在的活化温度的选择是由在此条件下最好的吸附性能决定的）、活化剂本身的物理和化学性质及活化机理［26，27］不同造成的.

图3（A）和（B）分别为不同Na2CO3与Biochar质量比活化后的Biochar的氮气吸附-脱附等温线和孔径分布图.从图3（A）可以看出，经不同质量比Na2CO3活化后的Biochar也均具有介孔结构.由图3（B）可以看出，所有Na2CO3活化后的样品均具有一个较尖锐的峰，表明经不同质量比活化后Biochar的孔径分布相对均一.由表1可以看出，随着Na2CO3和Biochar质量比的不断增加，SBET和Vt先增加后减小，其中Biochar-Na2CO3-3的SBET和Vt最大，分别为624 m2/g和0.211 cm3/g，Sm和Vm也是最大的（393 m2/g和0.165 cm3/g），平均孔径为3.87 nm，SBET，Vt，Sm和Vm小于其它Biochar样品［27］，但平均孔径更大.当Na2CO3质量进一步增加时，SBET和Vt骤减，Sm和Vm也随之减少.综上可以看出，活化剂的种类和活化剂与Biochar的质量比对活化后Biochar的结构参数有重要影响.

Fig.3 N2 adsorption⁃desorption isotherms(A)and pore size distributions(B)of Biochar⁃Na2CO3⁃1(a),Biochar⁃Na2CO3⁃2(b),Biochar⁃Na2CO3⁃3(c)and Biochar⁃Na2CO3⁃4(d)

图4为不同样品的红外光谱图.可以看出，O—H键的伸缩振动形成宽吸收峰（3400 cm-1左右）［28］，从图4（A）和（B）处可以看出，活化后，O—H键峰强度降低，有利于VOCs的吸附；3100 cm-1处的特征峰为不饱和碳（双键或者苯环，—C=C—H）C—H上的伸缩振动；2930和2850 cm-1处的峰为饱和碳的C—H伸缩振动［29］.1621 cm-1处的宽吸收峰归因于芳香环或C=C的拉伸振动，这表明含羰基基团的形成和前体的芳构化［30］.在1390和1104 cm-1处的吸收峰为C—C单键骨架振动或者C—O的伸缩振动.活化后，3100和1621cm-1处峰的强度总体增加，这有利于芳香类化合物的吸附，Biochar-Na2CO3-3样品中上述两峰的强度最强［图4（B）谱线c］.

Fig.4 FTIR profiles of Biochar before and after carbonization

2.2 生物炭样品的静态吸附-脱附性能

Biochar和不同活化剂活化后Biochar的静态正己烷、甲苯和汽油的吸附性能见图5.由图5（A）可以看出，未活化的Biochar的正己烷吸附容量（0.199 g/g）很小，这与其较低的SBET和Vt有关.经过不同活化试剂活化后，Biochar的结构参数均增大.同时正己烷吸附容量均有所增加，其中Biochar-Na2CO3-1的正己烷吸附容量（0.749 g/g）最大，比未活化前Biochar的正己烷吸附容量增加了276%，这也与其较大的比表面积和孔容有关.由图5（B）和（C）可以看出，样品的甲苯和汽油静态吸附容量的变化与正己烷吸附有相似的规律，未活化Biochar的甲苯和油气吸附容量分别为0.357和0.243 g/g，Biochar-Na2CO3-1的甲苯和油气吸附容量最大，分别为0.552和0.538 g/g，比未活化Biochar的甲苯和油气的吸附容量分别增加了54.6%和121%.

Fig.5 Histograms of static VOCs adsorption capacity of different biochar

最佳活化剂Na2CO3和Biochar以不同质量比活化后，样品的静态VOCs吸附结果见图5（D）～（F），未活化的Biochar的正己烷、甲苯和汽油的吸附容量最低，分别为0.199，0.357和0.243 g/g，随着质量比的不断增加，正己烷、甲苯和汽油的静态吸附容量先增加后减少，这与样品的结构参数变化趋势是一致的.Biochar-Na2CO3-3的正己烷、甲苯和汽油吸附容量最高，分别为1.03，0.814和0.751 g/g，比活化前Biochar的相应吸附结果分别增加了416%，128%和209%.商业用吸附剂SG的正己烷、甲苯和汽油的吸附容量分别为0.463，0.421和0.436 g/g，并且吸附性能稳定，而AC的吸附容量，在第一个循环中正己烷、甲苯和汽油的吸附容量分别为0.497，0.443和0.469 g/g.但是在第二个循环中，正己烷、甲苯和汽油的吸附容量降低，第三个循环中稍有降低，然后在后面的吸附过程中趋于平稳，稳定后正己烷、甲苯和汽油的吸附容量分别为0.455，0.390和0.421 g/g.第一循环中SG的正己烷、甲苯和汽油吸附容量分别为Biochar-Na2CO3-3的45.0%，51.7%和58.1%，AC的正己烷，甲苯和汽油吸附容量分别为Biochar-Na2CO3-3的48.3%，54.4%和62.5%.由图S1（A）～（C）（见本文支持信息）可以看出，Biochar及不同活化剂活化后产物的VOCs脱附效率接近100%，可以完全脱附.由图S1（B）～（F）可以看出，以不同Na2CO3和Biochar质量比活化后得到的Biochar样品和SG的脱附效率均在99%以上，吸附的VOCs几乎被完全脱附，吸附性能相对较稳定.AC在第一个脱附过程中脱附效率较低（正己烷为72.6%，甲苯为72.6%和汽油为69.4%），吸附位点不能完全释放，致使后续过程中VOCs吸附性能下降；在随后的脱附过程中，脱附效率可以达到近100%，吸附性能稳定.

正己烷、甲苯和汽油静态吸附容量与样品相应的结构参数之间的关系如图S2（见本文支持信息）所示，可以看出，较大的SBET和Vt会直接导致VOCs的吸附量增加，且较大的Sm和Vm也会导致VOCs吸附量的增加，因此，较大的SBET和Vt以及Sm和Vm是影响吸附性能的重要因素.

2.3 Biochar-Na2CO3-3动态吸附-脱附性能

Biochar-Na2CO3-3有最高的静态VOCs吸附容量，吸附性能稳定，接下来研究了其动态吸附性能，并与商品化SG和AC进行比较.典型的穿透曲线给出了cA/c0随时间的变化关系.通常，穿透时间（tb，cA=0.1c0）越长，qe就越高.通过穿透曲线可以获得qe.Biochar-Na2CO3-3在干燥条件下的正己烷穿透曲线如图6（A）和（B）所示，相应的tb、平衡吸附时间（te）以及biochar-Na2CO3-3，SG和AC的qe见表S1（见本文支持信息）.与样品SG（16 min）和AC（38 min）相比，Biochar-Na2CO3-3在第一次动态正己烷吸附过程中的tb最长（40 min），第一次正己烷动态qe最大（1.00 g/g），是SG（0.361 g/g）和AC（0.574 g/g）的2.77倍和1.74倍［见图6（C）和表S1）］.

Fig.6 n-Hexane breakthrough curves of Biochar⁃Na2CO3⁃3,SG and AC under dry condition of the first time(A),and the fifth time(B)and their the comparison of qe(C),toluene breakthrough curves of Biochar⁃Na2CO3⁃3 of 5 times under dry condition(D)

吸附剂的脱附性能对于其在实际过程中的再生非常重要.SG和Biochar-Na2CO3-3具有稳定的tb（表S1）和qe［图6（C）］.Biochar-Na2CO3-3和SG第一个吸附循环的脱附率分别为99.3%和98.9%，吸附在Biochar-Na2CO3-3和SG吸附剂外表面上或开放中孔上的正己烷分子容易被脱附出来.而AC在第一个吸附循环中的脱附效率仅为73.5%，第二个循环中的突破时间和动态平衡吸附容量显著下降，这与静态吸附过程相似.经过综合考虑tb，qe和稳定性能，可以看出，与SG和AC相比，Biochar-Na2CO3-3表现出最佳的动态正己烷吸附性能.

Biochar-Na2CO3-3的甲苯动态吸附穿透曲线如图6（D）所示，相应的Biochar-Na2CO3-3的tb，te和qe见表S2（见本文支持信息）.Biochar-Na2CO3-3在第一次甲苯的动态吸附tb为36 min，第一次te为58 min，可以看出，其tb和te均比正己烷短，第一次qe为0.796 g/g，与静态甲苯吸附结果相差不大，也比动态正己烷的qe小.5次动态吸附-脱附结果显示，Biochar-Na2CO3-3具有稳定的甲苯tb和qe，且其平均解吸率为99.4%.Biochar-Na2CO3-3的动态正己烷和甲苯的qe均高于相应的SG和AC，可归因于高SBET、大Vt以及丰富的微孔结构，从而改善了正己烷和甲苯的传质.

图S3（A）和（B）（见本文支持信息）显示是Biochar-Na2CO3-3，SG和AC吸附前和5次正己烷动态吸附后的氮气吸附-脱附等温线和孔径分布曲线.动态吸附-脱附正己烷后，Biochar-Na2CO3-3的氮气吸附-脱附等温线表现出IV型等温线，具有H4磁滞回线，是典型介孔材料的氮吸附-脱附等温线.由图S3（B）可以看出，Biochar-Na2CO3-3在对正己烷的动态吸附-脱附后只有一个尖锐的峰，表明正己烷动态吸附后的Biochar-Na2CO3-3具有较窄的孔径分布.Biochar-Na2CO3-3和5次动态吸附-脱附正己烷后的结构参数见表S3（见本文支持信息），可以看出，5次动态吸附-脱附后，Biochar-Na2CO3-3和SG的SBET比吸附前分别降低了4.49%和6.87%.动态吸附正己烷后，AC的SBET比吸附前低20.8%.与商用AC和SG相比，考虑到稳定性能，Biochar-Na2CO3-3表现出最佳的动态吸附性能.

对于Biochar-Na2CO3-3在干燥条件下的单组份正己烷和甲苯动态吸附的实验穿透数据，利用Yoon和Nelson［31］提出的数学模型模拟穿透曲线进行模拟，结果见图7.

式中：cA（g/L）和c0（g/L）是通过固定床塔的吸附质气体出口和入口浓度；τ0（min）是穿透时间（cA=0.1c0的时间）；k'（min-1）为常数，取决于传质区的扩散特性.

由图7可以看出，得到的拟合曲线与各自的穿透曲线很好吻合，其中两个参数τ0，k'和相对系数R2列于表S4（见本文支持信息）.Biochar-Na2CO3-3吸附正己烷的最低k′值为0.403 min-1，最大τ0值为43.9 min，与其最高正己烷qe值（1.00 g/g）一致.Biochar-Na2CO3-3吸附甲苯的最低k′值为0.311 min-1，可以看出，最大τ0值为41.1 min，与其最高的甲苯qe（0.796 g/g）一致.通常，较大的k'代表较快的穿透过程和较低的扩散限制.Biochar-Na2CO3-3较大的正己烷吸附k'，表明正己烷分子在动态吸附过程中比甲苯的传质阻力小.

Fig.7 Yoon and Nelson model fitting for the adsorption of n-hexane(A)and toluene(B)on Biochar⁃Na2CO3⁃3

Biochar-Na2CO3-3在水饱和载气相对湿度为（RH）95%条件下，动态正己烷吸附与相应干燥条件下动态吸附显示出相似的结果［图8（A）］，tb约为38 min，比干燥条件下的tb（约40 min）略短，同时较短的te（约38 min）和较低的qe，hexane（0.942 g/g），qe，hexane/qwater约为16.2（见本文支持信息表S5）.5次吸附-脱附结果显示，在RH为95%条件下，Biochar-Na2CO3-3依然具稳定的tb和qe，且其平均脱附率为99.4%，弱吸附在Biochar-Na2CO3-3上的正己烷分子在解吸条件下能够脱附.Biochar-Na2CO3-3在水饱和载气（RH 95%）条件下，甲苯的动态吸附结果与干燥条件下相应的甲苯动态吸附同样显示出相似的结果［图8（B）］，其tb约为34 min，比干燥条件下的tb（约36 min）略短，相应的较短的te（约34 min）和较低的qe，toluene（0.776 g/g），qe，toluene/qwater约为38.8（见本文支持信息表S6）.5次水饱和载气（95%RH）条件下，甲苯Biochar-Na2CO3-3也具有稳定的tb和qe，且平均脱附率为99.5%，弱吸附在Biochar-Na2CO3-3上的甲苯分子也能被完全脱附.结果进一步证实在水蒸汽条件下，Biochar-Na2CO3-3对VOCs有稳定的吸附性能，与水蒸汽相比，Biochar-Na2CO3-3对VOCs的亲和力更高.

Fig.8 n-Hexane(A)and toluene(B)breakthrough curves on Biochar⁃Na2CO3⁃3 of 5 times under 95%RH

2.4 干燥条件下Biochar-Na2CO3-3对双组分VOCs的动态吸附-脱附性能

为了进一步研究VOCs分子与吸附剂表面烃基之间的亲和力，研究了Biochar-Na2CO3-3对正己烷和甲苯的同时吸附.图9是Biochar-Na2CO3-3对正己烷和甲苯在干燥条件下动态同时吸附的穿透曲线，表S7（见本文支持信息）给出了相应的动态吸附参数.正己烷和甲苯混合物的同时吸附曲线表明选择性是动力学驱动的，即基于分子在孔中扩散速率的差异，通常针对分子观察到这种选择性，具有不同的动力学直径，但接近材料孔径的分子可观察到这种选择性［32，33］.因此，与较小尺寸的分子相比，较大尺寸的分子倾向于更小的深度扩散，从而导致更短的tb.在相同条件下，与单组分VOCs相应结果相比，正己烷的tb和te（分别为26和46 min）和甲苯的tb和te（分别为22和42 min）变短，相应的双组分qe（分别为0.545和0.432 g/g）变小，其qe总和与单组份正己烷动态吸附的qe相当，说明吸附位点被完全占据，吸附达到饱和.从图9（A）和（B）可以看出，样品吸附正己烷的tb明显长于甲苯，相应地，正己烷的动态qe也大于甲苯［图9（C）］.这些观察结果可以用分子尺寸的不同来解释，正己烷的分子尺寸较甲苯小，所以正己烷分子优先吸附在Biochar-Na2CO3-3的表面上.由图9（D）可以看出，样品Biochar-Na2CO3-3经过5次同时吸附正己烷和甲苯后的脱附效率均接近100%，再次表明样品可以很好的再生、重复利用.

Fig.9 Simultaneous breakthrough adsorption n-hexane(A)and toluene(B)on Biochar⁃Na2CO3⁃3 under dry condition,the comparison of q e(C)and desorption efficiencies(D)of 5 times

3 结 论

对Biochar（以香蒲为原料）进行化学活化，使得SBET极小且几乎没有微孔的BiocharSBET增大，微孔数量增多.研究了不同活化试剂和活化试剂与Biochar的质量比对Biochar活化的影响，确定了最佳的活化条件为Na2CO3与Biochar质量比为3∶1，活化后的样品（Biochar-Na2CO3-3）具有最大的SBET（512 m2/g）和Vt（0.159 cm3/g）.静态吸附VOCs实验表明，在多次的吸附-脱附实验中，活化后的Biochar均具有较高的吸附容量、良好的吸附稳定性和高脱附效率.其中Biochar-Na2CO3-3样品具有较高的静态正己烷（1.03 g/g）、甲苯（0.814 g/g）和油气（0.751 g/g）吸附容量，吸附能力远高于商品化AC和SG.在动态吸附正己烷和甲苯的实验中，Biochar-Na2CO3-3也表现出远高于商品化AC和SG的动态qe和动态吸附稳定性.活化后的Biochar尤其是Biochar-Na2CO3-3的静态/动态吸附实验结果表明，其在VOCs气体吸附领域具有应用潜力.

支持信息见http://www.cjcu.jlu.edu.cn/CN/10.7503/cjcu20210824.