摘要
随着经济的发展和工业化进程的加快，挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）的排放量急剧增加。严重威胁着人类和环境。吸附技术因由于其具有易于操作、灵活、有效和低成本的等特点在VOCs处理技术中尤为突出。其中多孔碳吸附剂应用更为广泛，可以由化石燃料、生物质和其他富含碳的原料生产得到。生物质作为可再生原料，具有高含碳量和低成本的特点，逐渐被作为制备活性碳的优良原料。但是，生物质细胞壁木质纤维素沉积，阻碍活化剂分子渗透细胞内部刻蚀，降低活化效率。 基于此，本文借助此微生物分解细胞壁附近成分的优势，选取废弃食用菌渣这一微生物处理后的生物质废弃物作为多孔碳前驱体，分别研究不同活化剂（KOH、KHCO3、(NH4)3PO4等）和活化工艺制备超高比表面积、优良孔道结构以及表面性质优良的多孔碳，并通过VOCs动态吸附行为评估多孔碳应用潜力。本文的主要研究结论总结如下：（1）利用不同食用菌渣作为前驱体，KOH作为活化剂，制备了超高比表面积多孔碳，比表面积和孔隙体积能达到3463.3m2/g和1.645cm3/g，对于二氯甲烷和氯苯的吸附容量能够达到722.7m/g和646.9mg/g，是普通商业活性碳的6~12倍，具有良好的循环吸附利用性能。 （2）在食用菌渣的基础上，开拓不同的微生物处理废弃物，如酒糟和沼渣，利用不同比例的KOH和KHCO3作为双活化剂，制备不同孔隙比例的多孔吸附碳。研究发现，多孔吸附碳中不仅是微孔发挥作用，介孔同样为VOCs分子的吸附堆积提供空间。最终双活化剂作用下的食用菌渣基多孔碳对于氯苯和苯的最高吸附容量分别达到594.4mg/g和394.3mg/g。采用低温脱附再生工艺，四次循环后吸附效率仅降低了17.8%和16.8%。 （3）KOH和KHCO3等活化剂普遍存在炭产率低、腐蚀严重、表面官能团流失严重等缺陷，难以工业化规模生产应用。为得到一种绿色温和活化工艺，选择磷酸铵作为活化剂，采用水热热解结合的制备工艺，获得了高炭产率、高N/P杂原子掺杂的多孔吸附碳，同时解决了活化过程腐蚀严重的问题。最优多孔碳比表面积能够达到304.1m2/g，远低于腐蚀性活化，但炭产率显著高于KOH活化的13.7%，达到64.48%，相应基于生物质原料计算得到的苯吸附容量为85.1mg/g-biomass，远高于KOH活化的31.4mg/g-biomass。本研究为绿色温和制备高炭产率、富杂原子掺杂多孔碳工艺提供新的方向，为工业化的实现提供新思路。
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