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农业废弃物转化为功能化碳材料吸附阿替洛尔的研究，采用熔盐-KOH热处理法在450℃合成咖啡渣、玛黛茶渣、香蕉皮、甘蔗皮及蔗渣基材料，SEM显示层状结构及孔隙，FTIR和拉曼证实氧官能团和石墨化特征。蔗渣和香蕉皮衍生材料吸附效果最佳，蔗渣基材料吸附容量提升350%，归因于氧官能团富集。
Nathália Magno Galdino | Mayara Bitencourt Le?o | Rodrigo Morawski | Alexandre G. Brolo | Andreia Neves Fernandes | Jacqueline Ferreira Leite Santos
巴西南里奥格兰德联邦大学，化学研究所，阿雷格里港，RS州
摘要
人口增长加剧了人们对农业工业废弃物产生、新兴污染物及环境保护的担忧。应对这些挑战的一个有前景的策略是将农业工业废弃物转化为能够从环境中去除污染物的功能性材料，特别是通过开发用于水处理的可持续吸附剂。实现这一目标需要具有可访问的多孔表面特征和适当表面功能的材料，以便与目标污染物有效相互作用。鉴于农业工业废弃物的多样性，合理选择生物质对于优化材料性能至关重要。在本研究中，使用熔盐辅助方法从咖啡渣、马黛茶渣、香蕉皮和甘蔗渣中合成了功能化碳材料，该方法基于450°C下的KOH辅助热处理，避免了碳化过程中的有毒溶剂。通过拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对所得材料进行了表征，并评估了它们对阿替洛尔（一种令人担忧的药品污染物）的吸附性能。结果表明，生物质衍生石墨样材料的吸附性能受表面化学和形态的强烈影响。原始生物质表现出更快的吸附动力学，而石墨样结构显示出更高的最大吸附容量。来自甘蔗渣和香蕉皮的材料尤其有效，基于甘蔗的吸附剂的最大吸附容量提高了多达350%。这种增强可能归因于氧化官能团的保留或富集。这些发现强调了选择生物质对于设计高效水处理吸附剂的重要性。
部分摘录
引言
全球范围内大规模产生了各种类型的生物质，估计每年全球陆地生物质产量约为1000亿吨，此外还有约500亿吨的水生生物质。[1] 考虑到全球农业废弃物，估计每年产生的干生物质约为63亿吨。大约60%的城市废弃物（共计20亿吨）由生物质组成，包括咖啡渣、茶渣和香蕉皮等。
材料合成
使用了用过的咖啡渣（CG）、用过的马黛茶渣（MTG）、香蕉皮（BP）、甘蔗皮（SCP）和甘蔗渣（SCB）作为生物质。每种生物质都按需收集、干燥并粉碎。CG来自电动咖啡机，先风干24小时，然后在120°C下烘干。MTG生物质的处理方法类似：先进行热水提取，风干24小时，再在120°C下烘干。BP、SCP和SCB生物质的处理过程也相同。材料形态
图1展示了合成材料的扫描电子显微镜（SEM）图像。CGT、MTGT、BPT、SCPT和SCBT样品表现出不同的形态，这可能反映了表面特性的差异，从而影响了它们的物理化学性质。所有样品（CGT、MTGT、BPT、SCPT和SCBT）的一个共同特征是存在空腔。
具体来说，CGT材料（图1a）呈现出由层状碳层堆叠而成的波浪状形态，这是层状碳结构的特征。
结论
碳纳米材料因其可调节的物理和化学性质以及功能化能力而具有极高的多样性。在本研究中，利用相对简单的熔盐辅助KOH热处理方法（450°C），成功地从多种农业工业废弃物（咖啡渣、马黛茶渣、香蕉皮、甘蔗渣和甘蔗皮）中制备出了氧化改性的石墨碳材料。结构和化学表征证实了这些材料的形成。
作者贡献声明
Andreia Fernandes：撰写、审稿与编辑、资源协调、资金获取。
Alexandre Brolo：撰写、审稿与编辑、资源协调、资金获取。
Rodrigo Morawski：数据管理、实验研究、验证、撰写与审稿。
Nathália Galdino：撰写初稿、方法设计、实验研究、数据管理。
Jacqueline Santos：撰写与审稿、监督、资源协调、项目管理、资金获取。
Mayara Le?o：撰写初稿。
关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本论文的过程中，作者使用了大型语言模型来校对英文内容。使用该工具/服务后，作者根据需要对内容进行了审查和编辑，并对发表文章的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢FINEP（01.22.0230.00）、FAPERGS（项目编号22/2551-0000509-8、24/2551-0001550-7、23/2552-0000504-2）、CNPq（项目编号407810/2022-6、408869/2022-4、305048/2022-8和140223/2020-7）以及CAPES/PRINT提供的财政支持。同时，作者也感谢CMM-UFRGS、LAMAS-UFRGS、CEOMat-UFRGS和CAMTEC-UVic提供的设施支持。
