隨著全球?qū)Νh(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注不斷增加，碳酸氫鈉作為一種重要的化工原料，在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。2025年，碳酸氫鈉市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到數(shù)百萬噸，年增長率為10%左右。在水處理領(lǐng)域，碳酸氫鈉不僅作為緩沖劑和中和劑使用，還因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，成為制備高效吸附材料的關(guān)鍵成分。本文通過分析基于碳酸氫鈉活化的鐵氮共摻雜生物炭的制備工藝及其在去除水中雙酚A(BPA)方面的應(yīng)用，探討其在環(huán)保領(lǐng)域的創(chuàng)新價值。

  一、碳酸氫鈉在高效吸附材料中的應(yīng)用背景

  《2025-2030年全球及中國碳酸氫鈉行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》雙酚A(BPA)是一種常見的內(nèi)分泌干擾物，廣泛用于合成聚碳酸酯塑料和環(huán)氧樹脂。然而，BPA對人類健康和環(huán)境存在潛在危害，如擾亂甲狀腺功能、引發(fā)代謝綜合征等。因此，開發(fā)高效的BPA去除技術(shù)具有重要意義。近年來，生物炭因其原料豐富、成本低、吸附效果好等優(yōu)點，成為研究熱點。通過適當(dāng)?shù)母男?，生物炭的吸附能力可以得到顯著提升。碳酸氫鈉作為一種常見的化學(xué)試劑，因其在活化過程中能夠顯著增加生物炭的比表面積和孔隙體積，成為制備高效吸附材料的理想選擇。

  二、碳酸氫鈉活化鐵氮共摻雜生物炭的制備工藝

  (一)制備方法

  碳酸氫鈉行業(yè)制備工藝分析提到本研究采用一步熱解法制備了鐵氮共摻雜生物炭(K2FeO4@NSBC)。以絲瓜絡(luò)為碳源，碳酸氫鈉為活化劑，高鐵酸鉀和尿素分別作為鐵源和氮源。將上述原料按質(zhì)量比0.1:0.5:0.5:1混合，加入適量水?dāng)嚢杈鶆蚝筮M(jìn)行超聲處理。干燥后的混合物在800°C下進(jìn)行熱解處理，最終得到的產(chǎn)物經(jīng)過研磨、水洗和干燥，得到目標(biāo)材料。該制備方法簡單高效，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

  (二)工藝參數(shù)優(yōu)化

  實驗結(jié)果表明，碳酸氫鈉的加入顯著提高了生物炭的比表面積和孔隙體積。在最佳條件下(K2FeO4:NaHCO3:CH4N2O:絲瓜絡(luò)=0.1:0.5:0.5:1，熱解溫度800°C)，制備的K2FeO4@NSBC具有較大的比表面積(864.83 m2/g)和孔隙體積(0.54 cm3/g)，對BPA的吸附平衡容量達(dá)到310 mg/g，遠(yuǎn)高于原始生物炭(6 mg/g)。此外，碳酸氫鈉的加入還改善了生物炭的表面形貌，使其具有更多的活性位點，從而提高了對BPA的吸附能力。

  三、碳酸氫鈉活化生物炭的吸附性能

  (一)吸附動力學(xué)

  K2FeO4@NSBC對BPA的吸附過程符合擬二級動力學(xué)模型，表明該過程主要受化學(xué)吸附控制。在不同初始濃度下，吸附過程在初期迅速進(jìn)行，隨后逐漸減緩，最終達(dá)到吸附平衡。這表明K2FeO4@NSBC具有豐富的吸附位點和良好的吸附性能。

  (二)吸附等溫線

  通過Langmuir、Freundlich和Sips模型對吸附等溫線數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果表明Sips模型能夠更好地描述K2FeO4@NSBC對BPA的吸附行為。這表明吸附過程不僅涉及表面吸附，還存在異質(zhì)分布的吸附位點，且吸附過程為自發(fā)、吸熱且無序性增強的反應(yīng)。

  (三)熱力學(xué)分析

  熱力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果表明，K2FeO4@NSBC對BPA的吸附過程為自發(fā)進(jìn)行的吸熱過程，且伴隨無序性增強。這表明該吸附過程在較高溫度下更為有利，且具有良好的熱穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性。

  四、碳酸氫鈉活化生物炭的吸附機理

  (一)孔隙填充

  K2FeO4@NSBC具有較高的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，能夠有效吸附BPA分子。吸附后，生物炭的比表面積和孔隙體積顯著降低，表明孔隙填充在吸附過程中起到了重要作用。

  (二)疏水作用與π-π相互作用

  BPA作為一種疏水性有機化合物，與K2FeO4@NSBC之間的疏水作用和π-π相互作用是吸附過程中的重要機制。實驗結(jié)果表明，隨著乙醇含量的增加，吸附量顯著下降，表明疏水作用在吸附過程中起到了重要作用。此外，XPS和AIM-IGMH分析結(jié)果表明，π-π相互作用也是K2FeO4@NSBC吸附BPA的重要機制之一。

  (三)鐵氮摻雜的作用

  鐵氮摻雜不僅改善了生物炭的表面形貌，還提供了新的活性位點。實驗結(jié)果表明，鐵氮摻雜顯著提高了生物炭對BPA的吸附能力，且鐵氮的存在形式對吸附性能有重要影響。

  五、碳酸氫鈉活化生物炭的再生與回收性能

  K2FeO4@NSBC具有良好的再生和回收性能。經(jīng)過多次吸附-脫附循環(huán)實驗，K2FeO4@NSBC對BPA的吸附量雖略有下降，但仍保持較高的吸附效率。此外，K2FeO4@NSBC具有磁性，能夠通過外部磁場從水溶液中分離出來，進(jìn)一步提高了其實際應(yīng)用的可行性。

  六、總結(jié)

  2025年，隨著環(huán)保意識的增強和對可持續(xù)發(fā)展的追求，碳酸氫鈉在高效吸附材料制備中的應(yīng)用前景廣闊。本研究通過一步熱解法制備了碳酸氫鈉活化的鐵氮共摻雜生物炭(K2FeO4@NSBC)，并系統(tǒng)研究了其對水中雙酚A(BPA)的吸附性能和機理。結(jié)果表明，K2FeO4@NSBC具有較大的比表面積、豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和良好的吸附性能，能夠高效去除水中的BPA。碳酸氫鈉的加入顯著提高了生物炭的吸附能力，且該材料具有良好的再生和回收性能，為實際水處理應(yīng)用提供了經(jīng)濟可行的解決方案。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，碳酸氫鈉在環(huán)保材料制備中的應(yīng)用將更加廣泛，為全球環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

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