《Applied Surface Science》：Chemisorption and catalytic degradation of aniline blue in water through a two-step process utilizing the activated carbon and carbon quantum dots and its application for the textile effluent remediation
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本研究开发了一种可持续的两步碳高值化方法，利用部分燃烧椰壳炭制备高比表面积的活性炭（S）和碳量子点（CQDs）。S对靛蓝染料（1000 mg/L）吸附容量达240.4 mg/g，30分钟内去除96.16%；CQDs在可见光下4分钟内降解91.15%的吸附染料。两步法处理纺织废水后种子发芽率显著提升（20%→73.33%），验证了其环境修复潜力及工业化可行性。
B. Unnikrishnan | Divya Mathew | K. Sreekanth | Riya Alex | Suman Sreedharan | K. Jayachandran | E.K. Radhakrishnan
商业创新与孵化中心，圣雄甘地大学，阿蒂兰普扎，喀拉拉邦 686560，印度
摘要
本研究开发了一种新型的、可持续的两步碳转化方法，利用部分燃烧后的椰壳炭（C）合成活性炭（S）和碳量子点（CQDs），用于吸附和催化降解苯胺蓝（AB）以及处理纺织工业废水。通过FE-SEM和EDX分析证实，合成的活性炭具有高度多孔的海绵状结构，碳含量为90.4%，并表现出优异的表面活化性能。FTIR分析显示，当活性炭被活化成S后，其中的氧化官能团（O–H、C–H、C=O和C–O）增强了表面的反应性，同时减弱了O–H和C–H信号。这种优化的表面化学性质使得活性炭对1000 mg/L的苯胺蓝具有240.4 mg/g的吸附能力，在30分钟内可实现96.16%的染料去除率。吸附数据很好地符合Temkin等温线（r2 = 0.96）和伪二级动力学模型（r2 = 0.99），表明吸附过程受到吸附剂表面官能团可用性的影响。从相同碳前驱体制备的CQDs具有良好的胶体稳定性、5%的量子产率、平均粒径为5.1 nm以及-24.26 mV的ζ电位。CQDs在可见光下对苯胺蓝的催化降解效率达到91.15%，仅需4分钟。此外，即使经过三次循环使用，活性炭仍保持较高的脱附能力（45%），显示出其可重复使用性。通过将活性炭和CQDs联合应用于纺织工业废水处理，证实了该系统的实际可行性，结果染料浓度显著降低（p < 0.05），种子发芽率也从未处理前的20%提升至处理后的73.33%。这项研究提出了一种利用农业废弃物净化含染料废水的方法，具有很强的环境修复潜力。
引言
苯胺蓝（AB）属于三苯甲烷类酸性染料[1]，在医学实验室、制革工业和纺织工业中有广泛的应用。由于其广泛的工业用途，全球每年排放量约为30,000吨。美国环境保护署（USEPA）已将其列入污染物名录[2]。苯胺蓝进入水体后会影响微生物生长，并对暴露的生物造成损害[3]。在人体内，苯胺蓝会刺激胃肠道，导致呼吸急促、咳嗽，甚至在浓度较高时使嘴唇和舌头呈现蓝色[4]。
尽管已经采用了光催化、絮凝、膜过滤、沉淀和混凝等技术来处理受污染的水，但这些方法要么成本高昂，要么难以在小型企业中应用。相比之下，活性炭吸附因其经济性、广谱活性和易用性而被广泛用于去除水中的染料[5]。过去用于去除苯胺蓝的吸附剂要么是活性炭复合材料[6]，要么经过金属离子等改性[7]，或者需要外部力的辅助[8]。这些方法需要较高的运营成本和专业人员，而未经改性的活性炭[9]的吸附能力较低。因此，开发一种生产成本低、对苯胺蓝吸附亲和力强的活性炭变得十分重要。利用废弃物作为活性炭的生产原料可以降低生产成本。本研究使用椰壳作为前驱体[10]，其中含有26.7%的半纤维素、30.58%的纤维素和33.3%的木质素[11]，从而降低了生产成本，高木质纤维素含量使得生成的活性炭碳含量较高。
然而，吸附过程的一个主要问题是吸附在吸附剂上的染料浓度问题[6]。这时，碳量子点（CQDs）的催化还原潜力就显得尤为重要。CQDs是可调谐的纳米级、生物相容性的水溶性碳原子[12]，凭借其广谱光吸收和电子传递能力，能够转移电子从而完全去除吸附的染料。虽然CQDs已被用于降解亚甲蓝[13]、结晶紫[14]等染料，但其在苯胺蓝上的效果尚未得到研究。从椰壳炭中水热合成的CQDs不仅成本较低，而且是一种环保的替代品[12]。CQDs的催化降解性能及其电子传递能力使其成为去除污染物的理想候选材料。其量子特性和增强的表面性质使其在微量情况下也能表现出高活性[15]。
本研究设计了一种两步工艺：首先使用廉价生产的活性炭吸附染料，然后在另一个环境中通过CQDs进行脱附和降解。通过种子发芽实验验证了该系统的有效性，为工业废水的处理提供了可扩展的应用前景。
材料
标准活性炭（acb）、苯胺蓝（AB, C32H25N3Na2O9S）、孔雀石绿（MG, C23H25N2Cl）、结晶紫（CV, C25H30ClN3）、亚甲蓝（MB, C16H18ClN3S）、氢氧化钠（NaOH）、氯化钠（NaCl）和盐酸（HCl）均从Sigma-Aldrich、Merck和HiMedia（印度）购买，按原样使用。所有水溶液均使用蒸馏水（DW）配制。
炭（C）的制备
本研究使用的炭样品由当地收集的椰壳制成
结果与讨论
研究结果表明，所制备的活性炭具有较高的吸附能力，生成的CQDs也具有优异的催化降解性能。当将这两者结合用于纺织工业废水处理时，能够显著降低植物的毒性（p < 0.05）。
结论
本研究开发了一种两步工艺，利用活性炭和CQDs成功吸附并催化降解苯胺蓝。部分燃烧法制备的炭碳含量为94%，活化过程进一步增加了孔隙数量和氧化官能团的数量，提高了表面的反应性。所制备的活性炭对苯胺蓝的吸附能力非常强（qe = 240.404 mg/g）。
未引用参考文献
[17]
CRediT作者贡献声明
B. Unnikrishnan：撰写 – 原稿撰写、可视化处理、验证、方法学设计、数据整理。
Divya Mathew：撰写 – 原稿撰写、可视化处理、验证、方法学设计。
K. Sreekanth：验证、方法学设计。
Riya Alex：验证、方法学设计。
Suman Sreedharan：撰写 – 审稿与编辑、资金筹措。
K. Jayachandran：。
E.K. Radhakrishnan：。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文工作的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢Rashtriya Uchchatar Shiksha Abhiyan (RUSA) 2.0 (70/2023/RUSA-SPD)、State University Research Excellence (SERB-SURE-SUR/2022/002835)、学术与研究合作促进计划 (SPARC)（项目编号P3037）、喀拉拉邦科学与技术环境委员会 (KSCSTE) 的KSCSTE-SRS计划（项目编号KSCSTE/908/2022-SRSLS，日期2022年10月25日）以及喀拉拉邦高等教育委员会KGP项目的支持。
