改性西瓜皮基碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)吸附效果研究

黃潔萍　劉亞東　李碩　王曉萌　池明

摘??? 要：為獲得西瓜皮基碳?xì)饽z最佳改性條件，以西瓜皮為碳源，采用水熱—冷凍干燥法制備出西瓜皮基碳?xì)饽z，并用磷酸和氫氧化鈉對(duì)其進(jìn)行酸堿改性處理。研究不同改性條件下西瓜皮基碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果，比較不同西瓜皮基碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量，篩選出西瓜皮基碳?xì)饽z最佳改性條件。結(jié)果表明：固液比1∶2，0.5 mol·L-1 NaOH 或0.07 mol·L-1 H3PO4對(duì)西瓜皮基碳?xì)饽z的改性效果較好，其改性后西瓜皮基碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量分別為7.76、4.07 g·g-1。與磷酸相比，氫氧化鈉對(duì)西瓜皮基碳?xì)饽z的改性效果更好，經(jīng)0.5 mol·L-1 NaOH 改性的西瓜皮基碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量是0.07 mol·L-1 H3PO4改性碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)吸附量的2倍。綜上所述，氫氧化鈉和磷酸改性均可提高西瓜皮基碳?xì)饽z的吸附性能。

關(guān)鍵詞：西瓜皮；碳?xì)饽z；亞甲基藍(lán)；吸附劑；工藝優(yōu)化

中圖分類號(hào)： S609.9????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2023.08.015

Study on Adsorption Effect of Modified Watermelon Peel-based Carbon Aerogels on Methylene Blue

HUANG Jieping， LIU Yadong， LI Shuo， WANG Xiaomeng， CHI Ming

（College of Horticulture and Landscape， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China）

Abstract： In order to obtain the best modification conditions of watermelon peel-based carbon aerogels， using watermelon peel as carbon， watermelon peel-based carbon aerogels was prepared by hydrothermal-freeze-drying， and it was modified by phosphoric acid and sodium hydroxide. The adsorption effect of watermelon rind carbon aerogels on methylene blue under different modification conditions was studied， and the adsorption capacity of different watermelon rind carbon aerogels on methylene blue was compared， and the best modification conditions of watermelon rind carbon aerogels were selected. The results showed that the solid-liquid ratio of 1∶2， 0.5 mol·L-1 NaOH or 0.07 mol·L-1 H3PO4 had the better modification effect on watermelon rind-based carbon aerogels， and the adsorption capacity of modified watermelon rind-based carbon aerogels for methylene blue was 7.76 g·g-1 and 4.07 g·g-1 respectively. Compared with phosphoric acid， sodium hydroxide had a better modification effect on watermelon rind-based carbon aerogels. The adsorption capacity of watermelon rind-based carbon aerogels modified by 0.5 mol·L-1 NaOH was twice that of carbon aerogels modified by 0.07 mol·L-1 H3PO4. To sum up， sodium hydroxide and phosphoric acid modification can improve the adsorption performance of watermelon peel-based carbon aerogels.

Key words： watermelon rinds; carbon aerogel; methylene blue; adsorbent; process optimization

碳?xì)饽z是一種三維多孔碳材料，它的孔隙率高、密度低、導(dǎo)電性佳，在諸多領(lǐng)域極具應(yīng)用前景[1]。Pekala改進(jìn)早前氣凝膠的制備方法，以間苯二酚、甲醛為前驅(qū)體，Na2CO3為催化劑制備出第一塊碳?xì)饽z，提高了氣凝膠的熱穩(wěn)定性[2]。故此，多數(shù)碳?xì)饽z都由酚醛樹脂、間苯二酚等化工原料制備而成。這些碳?xì)饽z雖然交聯(lián)性好，凝膠結(jié)構(gòu)緊密，但在生產(chǎn)上會(huì)產(chǎn)生大量污染，且工藝繁瑣，原料成本高，在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用中受限[3]。因此，亟待探尋一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的前驅(qū)體替代物。

生物質(zhì)儲(chǔ)量豐富，含碳量高，是制備碳?xì)饽z的理想原料，以農(nóng)業(yè)固體廢棄物為原料制備碳材料是目前研究熱點(diǎn)[4]。我國(guó)是世界上屈指可數(shù)的農(nóng)業(yè)大國(guó)之一，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高，農(nóng)業(yè)固體廢棄物也相應(yīng)增加。無法處理的農(nóng)業(yè)廢棄物不僅污染環(huán)境，還影響社會(huì)資源的綜合利用[5-6]。西瓜是我國(guó)重要的瓜類經(jīng)濟(jì)作物之一，西瓜皮作為典型的農(nóng)業(yè)固體廢棄物，由于再利用率低，經(jīng)常遭到廢棄。廢棄瓜皮極易腐爛變質(zhì)，既污染環(huán)境還浪費(fèi)資源。將西瓜皮加工為生物吸附材料，這樣既能實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄物的資源化利用，又能改善環(huán)境[7-8]。直接將西瓜皮材料化處理，其吸附效果并不理想，還需對(duì)其進(jìn)行活化改性。

本研究以西瓜皮為碳源，通過水熱—冷凍干燥法制備出碳?xì)饽z，用酸堿活化法對(duì)其進(jìn)行改性處理，以碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量作為指標(biāo)，選出最佳改性濃度，探討改性西瓜皮基碳?xì)饽z的最優(yōu)工藝，以期為研究者在制備生物質(zhì)碳材料方面提供理論基礎(chǔ)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西瓜皮，市售新鮮麒麟瓜瓜皮；氫氧化鈉，購(gòu)自天津歆毅翎科技有限公司；磷酸，購(gòu)自天津百奧泰有限公司；三水合亞甲基藍(lán)，購(gòu)自天津百奧泰有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

100 mL水熱合成反應(yīng)釜，購(gòu)自秋佐科技有限公司；DHG-9070A電熱鼓風(fēng)干燥箱，購(gòu)自上海一恒科學(xué)儀器有限公司；FreeZone-2.5冷凍干燥儀，購(gòu)自Labconco公司；傅里葉變換中紅外光譜儀，購(gòu)自PerkinElmer公司；R5424高速離心機(jī)，購(gòu)自eppendorf公司；UV-2450紫外-可見光譜儀，購(gòu)自日本島津公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程 選材→清洗→去除表皮、果肉→切塊→化學(xué)改性→水熱處理→清洗→冷凍→干燥→成品

1.3.2 西瓜皮基碳?xì)饽z的制備 按照文獻(xiàn)[9]方法進(jìn)行。將西瓜皮洗凈后切成2 cm×1 cm×0.5 cm 的塊狀瓜皮，放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱合成反應(yīng)釜中，密封后置于電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，180 ℃水熱處理12 h。待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫后將西瓜皮塊體取出，水熱反應(yīng)后獲得的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌至少3次，然后將其置于-80 ℃冰箱，冷凍8 h，再放入真空冷凍干燥機(jī)（42 Pa，-45 ℃）中干燥24 h，可得西瓜皮基碳?xì)饽z，記為GA。

1.3.3 NaOH/H3PO4改性西瓜皮基碳?xì)饽z的制備? 將西瓜皮洗凈后切成2 cm×1 cm×0.5 cm的塊狀瓜皮，放入水熱反應(yīng)釜中，以NaOH/H3PO4溶液為活化劑，按適宜固液比加入相應(yīng)濃度的NaOH/H3PO4溶液，保證總體積不超過內(nèi)襯容積的80 %，密封后置于電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，180 ℃水熱處理12 h。待反應(yīng)釜自然冷卻至室溫后將西瓜皮塊體取出，水熱反應(yīng)后獲得的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌至少3次，然后將其置于-80 ℃冰箱，冷凍8 h，再放入真空冷凍干燥機(jī)（42 Pa，-45 ℃）中干燥24 h，可得NaOH/H3PO4改性西瓜皮基碳?xì)饽z，分別記為NaGA和PGA。

1.3.4 NaOH/H3PO4不同固液比對(duì)西瓜皮基碳?xì)饽z吸附效果的影響 將西瓜皮洗凈后切塊，放入水熱反應(yīng)釜中，按固液比3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3加入0.5 mol·L-1 NaOH/0.07 mol·L-1 H3PO4溶液，保證總體積不超過內(nèi)襯容積的80 %，按1.3.3方法制備改性西瓜皮基碳?xì)饽z。

取0.05 g改性西瓜皮基碳?xì)饽z加入10 mL質(zhì)量濃度為45 mg·L-1的亞甲基藍(lán)溶液中，室溫下，在200 r·min-1搖床上振蕩12 h，用移液槍吸取剩余溶液，7 000 r·min-1離心90 min，取上層清液，在664 nm下用紫外-可見分光光譜儀測(cè)定其吸光度，結(jié)果取3次平行樣品的平均值。通過亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線將其轉(zhuǎn)換成濃度，用公式（1）計(jì)算吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量。

吸附量q 按照下列公式計(jì)算[9]：

q=[（Ｃo－Ｃe）/m]V（1）

式中，V為加入亞甲基藍(lán)溶液的體積（L）；m為加入碳?xì)饽z的質(zhì)量（g）；C0、Ce分別為吸附前后溶液中亞甲基藍(lán)的濃度（mg·L-1）；q為吸附量（g·g-1）。

1.3.5 NaOH不同濃度對(duì)西瓜皮基碳?xì)饽z吸附效果的影響 在NaOH溶液濃度為0.1、0.3、0.5、0.7、1.0 mol·L-1，固液比1∶2的條件下，按1.3.3方法制備NaOH改性西瓜皮基碳?xì)饽z，根據(jù)NaOH濃度分別記為NaGA-0.1、NaGA-0.3、NaGA-0.5、NaGA-0.7、NaGA-1。按1.3.4方法對(duì)改性西瓜皮基碳?xì)饽z進(jìn)行吸附試驗(yàn)，應(yīng)用公式（1）計(jì)算碳?xì)饽z的吸附量。

1.3.6 H3PO4不同濃度對(duì)西瓜皮基碳?xì)饽z吸附效果的影響 在H3PO4溶液濃度為0.03、0.05、0.07、0.1 mol·L-1，固液比1∶2的條件下，按1.3.3方法制備出H3PO4改性西瓜皮基碳?xì)饽z，根據(jù)H3PO4濃度分別記為PGA-0.03、PGA-0.05、PGA-0.07和PGA-0.1。按1.3.4方法對(duì)改性西瓜皮基碳?xì)饽z進(jìn)行吸附試驗(yàn)，應(yīng)用公式（1）計(jì)算碳?xì)饽z的吸附量。

1.3.7 FT-IP分析 將西瓜皮基碳?xì)饽z粉碎至粉末后待測(cè)，光譜采集的區(qū)間為650～4 000 cm-1，分辨率為8 cm-1，數(shù)據(jù)間隔2 cm-1，累積量為64次。樣品收集3次光譜信息，將所得數(shù)據(jù)平均值作原始光譜。

1.3.8 NaGA-0.5對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果 取0.05 g NaGA-0.5加入10 mL質(zhì)量濃度為20 mg·L-1的亞甲基藍(lán)溶液中，室溫下，在200 r·min-1搖床上振蕩12 h，用移液槍吸取剩余溶液，7 000 r·min-1離心90 min，取上層清液。用攝像機(jī)對(duì)NaGA-0.5吸附后的染料溶液進(jìn)行拍攝，比較NaGA-0.5吸附亞甲基藍(lán)前后效果。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，用SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaOH不同固液比對(duì)西瓜皮基碳?xì)饽z吸附效果的影響

如圖1所示，隨著固液比值的降低，GA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)固液比為1∶3時(shí)，GA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量最低，為4.85 g·g-1，極顯著低于其他固液比處理。固液比在1∶2時(shí)，GA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量達(dá)到最高（7.56 g·g-1），極顯著高于其他固液比處理，是最低固液比吸附量的1.5倍。因此，1∶2為NaOH改性西瓜皮基碳?xì)饽z的最佳固液比。

2.2 H3PO4不同固液比對(duì)西瓜皮基碳?xì)饽z吸附效果的影響

如圖2所示，隨著固液比值的降低，GA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)固液比為1∶3時(shí)，GA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量最低，為1.08 g·g-1，極顯著低于其他固液比處理。固液比在1∶2時(shí)，GA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量達(dá)到最高，為4.56 g·g-1，極顯著高于其他固液比處理，是最低固液比吸附量的4倍。因此，1∶2為H3PO4改性西瓜皮基碳?xì)饽z的最佳固液比。

2.3 改性西瓜皮基碳?xì)饽z的性質(zhì)

將西瓜皮通過水熱-冷凍干燥法制備西瓜皮基碳?xì)饽z，從圖3-C可以看出，GA表面具有較清晰的網(wǎng)狀條紋結(jié)構(gòu)，粗糙有褶皺，顏色偏深棕色。NaGA-0.5質(zhì)地輕巧蓬松，像海綿一樣疏松，可以輕松放在花瓣上不掉落（圖3-A），上浮于水中不下沉（圖3-B）。分別以0.1、0.3、0.5、0.7、1.0 mol·L-1 NaOH溶液為活化劑對(duì)GA進(jìn)行堿改性處理，由圖4-A可看出，隨著NaOH濃度的提高，經(jīng)堿改性后的西瓜皮基碳?xì)饽z顏色由深變淺。以0.03、0.05、0.07、0.1 mol·L-1 H3PO4溶液為活化劑對(duì)GA進(jìn)行酸改性處理，隨著H3PO4濃度的提高，西瓜皮基碳?xì)饽z的表觀顏色由淺變深（圖4-B）。

2.4 不同濃度酸堿改性西瓜皮基碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果

2.4.1 不同濃度NaOH改性西瓜皮基碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果 從圖5可以看出，隨著NaOH濃度的提高，NaGA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量呈先升后降的趨勢(shì)。當(dāng)NaOH改性濃度為0.1 mol·L-1時(shí)，NaGA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量最低，為6.30 g·g-1。0.5 mol·L-1 NaOH的改性效果最好，NaGA-0.5和NaGA-0.7對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量均高于7.20 g·g-1，極顯著高于NaGA-0.1對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量。當(dāng)改性濃度較高時(shí)，NaOH對(duì)GA的腐蝕性增強(qiáng)，殘留污染物較多，且吸附效果差；而改性濃度較低時(shí)，NaOH對(duì)GA的改性程度低，改性不完全，導(dǎo)致吸附效果降低，增加額外成本。綜合考慮，0.5 mol·L-1 NaOH對(duì)西瓜皮基碳?xì)饽z的改性效果最好。

2.4.2 不同濃度H3PO4改性西瓜皮基碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果 如圖6所示，隨著H3PO4濃度的提高，PGA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量呈先上升后降低的趨勢(shì)。當(dāng)H3PO4改性濃度為0.05 mol·L-1時(shí)，PGA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量最低，為1.50 g·g-1。H3PO4改性濃度為0.07 mol·L-1時(shí)，PGA對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量最高，為4.07 g·g-1，是PGA-0.05對(duì)亞甲基藍(lán)吸附量的2.7倍。由此可得，0.07 mol·L-1 H3PO4對(duì)西瓜皮基碳?xì)饽z的改性效果最好。

2.5 改性效果比較

2.5.1 FT-IR分析 碳?xì)饽z表面的活性官能團(tuán)會(huì)對(duì)吸附劑的吸附效果起重要作用，因此，要對(duì)改性前后的西瓜皮基碳?xì)饽z進(jìn)行FT-IR分析。FT-IR分析確定了西瓜皮基碳?xì)饽z在吸附亞甲基藍(lán)過程中起作用的活性官能團(tuán)，如圖7所示，對(duì)于GA和NaGA-0.5在3 300 cm-1處的峰值是由于—OH的自由拉伸振動(dòng)引起的，而PGA-0.07的—OH峰移動(dòng)到3 208 cm-1處。GA在1 065、1 582 cm-1所處的峰分別對(duì)應(yīng)C—OH和C=O的拉伸振動(dòng)，這2個(gè)官能團(tuán)在NaGA-0.5和PGA-0.07的峰中強(qiáng)度明顯增加。GA在1 369 cm-1處的峰對(duì)應(yīng)COOH—的伸縮振動(dòng)，在NaGA-0.5中，該峰值往前移至1 419 cm-1處且峰的強(qiáng)度增加；在PGA-0.07中，該峰值強(qiáng)度不變，但卻分裂成2小峰，分別在1 405、1 348 cm-1處。NaGA-0.5在873 cm-1處的峰對(duì)應(yīng)C—H的自由拉伸振動(dòng)。綜上所述，當(dāng)西瓜皮基碳?xì)饽z經(jīng)過酸堿活化后，其C—O、C=O、—OH和COO—都發(fā)生了明顯的變化。經(jīng)酸堿活化后的碳?xì)饽z，羰基、羧基官能團(tuán)的峰強(qiáng)明顯提高，這可能是改性西瓜皮基碳?xì)饽z的吸附效果比未改性西瓜皮基碳?xì)饽z的吸附效果好的原因。

2.5.2 吸附效果比較 如圖8所示，NaGA-0.5對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量（7.76 g·g-1）是GA對(duì)亞甲基藍(lán)吸附量（3.22 g·g-1）的2.4倍。PGA-0.07對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量（4.07 g·g-1）明顯高于GA的吸附量。顯然，酸堿活化法改性的碳?xì)饽z具有較高的孔隙量和良好的吸附能力。相對(duì)H3PO4，NaOH的改性效果更佳，其對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量是H3PO4改性西瓜皮基碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)吸附量的2倍。

從圖9可看出，用NaGA-0.5吸附亞甲基藍(lán)，其吸附前后溶液的澄清度變化很大。吸附前，溶液呈藍(lán)色，這是亞甲基藍(lán)本身的顏色；吸附后，溶液呈現(xiàn)的顏色與GA吸附后溶液呈現(xiàn)的顏色一致，這是凝膠本身的顏色。原因可能是大部分亞甲基藍(lán)分子都進(jìn)入到西瓜皮基碳?xì)饽z孔隙中，因此碳?xì)饽z顏色偏深，而溶液中不顯藍(lán)色。

3 討論與結(jié)論

文獻(xiàn)資料表明，以生物質(zhì)為原料制備碳材料可處理染料廢水。施逸帆等[10]用紅薯制備碳?xì)饽z吸附染料，發(fā)現(xiàn)紅薯碳?xì)饽z可吸附羅丹明 202.2 mg·g-1，甲基橙83.6 mg·g-1，茜素紅160.2 mg·g-1。本研究用西瓜皮制備碳?xì)饽z吸附亞甲基藍(lán)染料，發(fā)現(xiàn)其對(duì)染料的吸附量為3.22 g·g-1，通過FT-IR分析發(fā)現(xiàn)，碳?xì)饽z表面具有羥基、羰基、羧基等基團(tuán)，這與以往報(bào)道的生物質(zhì)碳材料的紅外圖譜相似，說明西瓜皮基碳?xì)饽z具有吸附能力。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，無論用何種方法原料制備純生物質(zhì)碳材料，其吸附效果均不理想。訾曼莉[11]用榴蓮殼制備生物炭吸附剛果紅染料，發(fā)現(xiàn)生物炭對(duì)染料的吸附量為32.05 mg·g-1。張娟等[12]研究辣椒秸稈生物炭對(duì)考馬斯亮藍(lán)的吸附性能，發(fā)現(xiàn)生物炭對(duì)考馬斯亮藍(lán)的吸附量?jī)H為20.51 mg·g-1。碳材料的吸附能力在很大程度上受材料本身的孔隙數(shù)量、結(jié)構(gòu)、表面含氧官能團(tuán)的種類、濃度所限制。因此，可以通過酸堿改性提高碳材料的孔隙率、比表面積或表面含氧官能團(tuán)的種類、濃度，以提高生物質(zhì)材料的吸附能力。

NaOH作為常用的堿活化劑，腐蝕性比KOH小，也更經(jīng)濟(jì)環(huán)保。夏天明等[13]做了關(guān)于稻殼堿改性處理的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)改性稻殼對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量比改性前提高6倍多。薛媛等[14]用改性大豆莢吸附甲基藍(lán)溶液，發(fā)現(xiàn)改性大豆莢對(duì)甲基藍(lán)的去除率高于原豆莢的去除率。田莉[15]用改性核桃殼吸附亞甲基藍(lán)，發(fā)現(xiàn)改性后核桃殼對(duì)亞甲基藍(lán)的去除率高達(dá)99.59 %。本研究結(jié)果顯示，通過FT-IR分析發(fā)現(xiàn)NaOH改性碳?xì)饽z的羰基、羧基官能團(tuán)的峰強(qiáng)提高，比較兩者的吸附效果可看出，改性凝膠對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量是未改性凝膠的2.4倍，吸附效果優(yōu)于未改性凝膠。這表明NaOH改性處理可提高碳材料含氧官能團(tuán)的數(shù)量和吸附效率。原因可能是NaOH具腐蝕性，可腐蝕碳材料表面堵塞的毛孔，影響原料纖維素間的化學(xué)鍵，或在高溫條件下分解成氣體和水?dāng)U散至材料內(nèi)部，使得碳材料的結(jié)構(gòu)變疏松、孔隙率增大，從而提高材料的吸附效果。有研究發(fā)現(xiàn)，將材料置于堿性環(huán)境中，可使材料表面攜帶負(fù)電荷，更有利于吸附亞甲基藍(lán)等帶正電性的污染物質(zhì)[16]。

H3PO4與其他酸活化劑相比，不容易產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物。對(duì)西瓜皮進(jìn)行酸改性處理，在碳結(jié)構(gòu)中引入氮、磷基團(tuán)可以增強(qiáng)生物碳表面酸度和表面極性[17]。田龍等[18]研究磷酸改性秸稈基活性炭的吸附性能，發(fā)現(xiàn)改性活性炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附率高于未改性活性炭。尚娜等[19]用磷酸改性玉米芯吸附亞甲基藍(lán)發(fā)現(xiàn)，改性后玉米芯吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附能力明顯增強(qiáng)。鄭瑤等[20]發(fā)現(xiàn)，磷酸改性后的玉米秸稈吸附劑對(duì)甲基橙染料的脫色率達(dá)到97 %。本研究結(jié)果表明，經(jīng)H3PO4改性的碳?xì)饽z對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量高于未改性凝膠的吸附量，改性凝膠在1 050 cm-1處出現(xiàn)了C-OH伸縮振動(dòng)的高強(qiáng)度峰，這說明H3PO4在高溫條件下發(fā)生了脫水反應(yīng)，與西瓜皮中的氫、氧元素通過水的形式脫除，從而提高碳?xì)饽z的孔隙量；并且磷酸會(huì)氧化碳，在材料表面形成新的官能團(tuán)，使改性凝膠的官能團(tuán)數(shù)量增加。Zhao等[21]研究認(rèn)為，加入磷酸會(huì)讓材料的C/O比提高，更有利于提高材料的芳香化程度，此結(jié)論與本研究結(jié)果一致。

朱留凱等[22]研究不同生物碳改性方法發(fā)現(xiàn)，NaOH活化法更能提高生物碳的孔隙量和孔隙結(jié)構(gòu)，H3PO4活化法能更好修飾生物碳表面極性，改善活性官能團(tuán)數(shù)量。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NaOH改性碳?xì)饽z對(duì)染料的吸附量比H3PO4改性碳?xì)饽z對(duì)染料的吸附量更高，可能是亞甲基藍(lán)屬于大分子染料，更易于依附在凝膠孔隙內(nèi)部，碳?xì)饽z的孔隙數(shù)量對(duì)凝膠吸附染料的影響更大。

綜上所述，酸堿改性均可提高西瓜皮基碳?xì)饽z的吸附效果，以固液比1∶2，0.5 mol·L-1 NaOH 或0.07 mol·L-1 H3PO4對(duì)西瓜皮基碳?xì)饽z的改性效果更好。

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收稿日期：2023-02-23

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然基金青年計(jì)劃項(xiàng)目（31902094）；天津農(nóng)學(xué)院科學(xué)研究發(fā)展基金計(jì)劃項(xiàng)目（2016NZD01）；天津市“青年后備人才支持計(jì)劃”項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：黃潔萍（1997—），女，廣西玉林人，在讀碩士生，主要從事園藝植物廢棄物資源化利用研究。

通訊作者簡(jiǎn)介：池明（1982—），女，天津人，講師，博士，主要從事園藝植物廢棄物資源化利用研究。