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为解决传统活性炭生产原料成本高、选择性差及水污染问题，研究人员以咖啡渣（SCG）为原料，经碱活化和镧（La）浸渍制备活性炭。结果表明该活性炭对砷（As(V)）吸附性能优异，为水污染治理提供新方案。
在当今社会，环境污染问题愈发严峻，其中水污染对公众健康和生态系统构成了极大威胁。重金属和有害化合物对水体的污染，就像潜伏在水中的 “隐形杀手”，悄无声息地危害着生命。传统的活性炭生产原料，如煤、木材和椰子壳，不仅成本高昂，而且可持续性受限。同时，市售活性炭对特定污染物的选择性较低，使得其在实际应用中大打折扣。在这样的背景下，寻找一种既经济又高效，还能对特定污染物有高选择性吸附能力的吸附剂，成为了科研人员亟待攻克的难题。
在这一挑战面前，研究人员积极探索。来自未知研究机构的研究人员开展了一项关于利用咖啡渣（SCG）制备活性炭，并通过碱活化和镧（La）浸渍增强其吸附性能的研究。这项研究成果发表在《Desalination and Water Treatment》上，为解决水污染问题带来了新的曙光。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先通过热重分析（TGA）和差热分析（DTA）来评估咖啡渣的热稳定性和成分；利用氮吸附 - 脱附等温线结合 Brunauer-Emmett-Teller（BET）方法分析活性炭的孔结构和比表面积；借助扫描电子显微镜（SEM）观察活性炭的表面形态和孔结构；采用硫代硫酸盐滴定（ASTM D4607）和原子吸收光谱（AAS）分别测定吸附后溶液中残留碘和砷（As(V)）的浓度。
研究结果主要从以下几个方面展开：
- 咖啡渣制备活性炭：通过 TGA 分析发现，咖啡渣在 200°C - 400°C 时大量挥发性有机化合物分解去除，重量显著下降，400°C 之后重量损失速率逐渐减缓，500°C 左右固定碳趋于稳定。综合考虑，确定 500°C、2 小时为最佳碳化条件，此时残留产量稳定在约 25% ，能在残留产量和生产效率之间达到较好平衡。
- 碱活化碳的吸附性能：
- 碱活化剂比例对产量的影响：随着碱活化剂比例增加，活性炭产量降低，NaOH 比 KOH 使产量下降更明显。KOH 比例为 2.0 时，能在保证较高产量的同时实现较好的活化效果。
- 孔结构和表面积特征：KOH 活化的碳在微孔区域（小于 2nm）具有较高孔体积，有利于形成微孔结构；NaOH 活化的碳在中孔范围（2 - 5nm）有明显峰值，更利于中孔发展。KOH 和 NaOH 活化碳的比表面积分别为 976m2/g 和 1085m2/g，总孔体积分别为 0.39cm3/g 和 0.42cm3/g 。
- 不同活化剂比例下的碘吸附容量：碘吸附实验表明，KOH 活化碳在比例为 2.0 时碘吸附容量最大，可达 1200mg/g，且在更高比例下仍能保持该性能；NaOH 活化碳在比例为 3.0 时碘吸附容量接近 1200mg/g，但 4.0 时因过度活化导致孔塌陷，吸附容量下降。
- 活化时间对吸附性能的影响：以 KOH 在 800°C、KOH:CCW 比例为 1.5:1 活化咖啡渣，2 小时的活化时间能使碘吸附容量达到最大（1160mg/g），延长活化时间至 3 小时，吸附容量无明显提升。
- 活化温度对吸附性能的影响：在 600°C - 900°C 范围内用 KOH 活化咖啡渣，结果显示 800°C 时碘吸附容量最高，900°C 时因结构降解吸附容量略有下降。综合得出，800°C、KOH:CCW 比例在 1.50 - 2.00、活化 2 小时为最佳活化条件。
- 镧浸渍活性炭的吸附性能：
- 镧浸渍活性炭的吸附性能：随着 La (OH)3含量增加，碘吸附容量逐渐降低，这是由于 La (OH)3覆盖活性炭表面，部分堵塞孔隙，减少了可用吸附位点。
- 除砷机制和性能：与碘吸附情况相反，砷吸附容量随 La (OH)3含量增加呈线性上升，在 20% La (OH)3负载量时，砷吸附容量达到约 60mg/g。这表明镧浸渍引入了能与砷结合的官能团，且镧在中孔中的作用比微孔更显著。
- 表面形态和结构变化：SEM 图像显示，碳化咖啡渣表面光滑、孔隙少；KOH 活化后孔隙大量发展；La (OH)3浸渍后部分孔隙被堵塞，表面更光滑，但这并未影响对离子污染物砷的吸附。
- 砷（As(V)）吸附特性：对 20% 镧负载的活性炭进行吸附等温线实验，结果表明其砷吸附行为更符合 Langmuir 模型（R2 = 0.9988），说明砷在该活性炭上主要以单层吸附形式存在，这进一步证实了镧浸渍活性炭对砷去除的高效性。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功利用咖啡渣制备出活性炭，并通过碱活化和镧浸渍显著增强了其对砷的吸附性能。确定了 KOH 比例为 2.0、20% La (OH)3负载量为制备高砷吸附容量活性炭的最佳条件。这一研究成果为水污染治理中砷污染问题提供了一种创新、经济且可持续的解决方案，有望推动相关领域的发展。未来研究可进一步聚焦于评估镧浸渍活性炭在连续流系统中的性能，拓展其对其他污染物（如氟化物、铅和铬等）的应用，同时关注碱活化和镧浸渍过程的环境影响及化学残留物处理和回收策略等问题。
