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废弃纤维板基含氮活性炭的制备及其对苯酚、铬的吸附性能研究

一、引言

1.1废弃木材利用现状

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加速，木材在建筑、家具制造、包装等领域的应用极为广泛，由此产生的废弃木材数量也与日俱增。据相关统计数据显示，我国每年产生的废弃木材量高达数千万立方米，且呈逐年上升趋势。这些废弃木材若得不到妥善处理，不仅会占用大量的土地资源，还可能引发环境污染问题。

在国外，许多发达国家早已认识到废弃木材资源的潜在价值，并开展了广泛的研究与实践。例如，美国通过建立完善的废弃木材回收体系，将大量废弃木材用于生产生物质能源、人造板材等。日本则注重废弃木材的精细化利用，通过先进的加工技术将其转化为高附加值的产品，如木质工艺品、环保纸浆等。

在国内，近年来对于废弃木材的利用也逐渐受到重视。一些企业和科研机构开始探索废弃木材的资源化利用途径，部分地区建立了废弃木材回收加工中心，将废弃木材加工成再生板材、木塑复合材料等。然而，总体而言，我国废弃木材的利用率仍有待提高，处理技术和回收体系尚不完善，大量废弃木材仍面临着随意丢弃、焚烧或填埋等不合理处置方式。

废弃纤维板作为废弃木材的一种重要形式，具有独特的物理和化学性质。由于其在生产过程中添加了胶粘剂等化学物质，传统的废弃木材利用方式难以直接应用于废弃纤维板的处理。因此，探索一种高效、环保的废弃纤维板利用方法具有重要的现实意义。利用废弃纤维板制备活性炭，不仅可以实现废弃纤维板的资源化利用，减少对环境的压力，还能为活性炭的生产提供一种新的原料来源，降低生产成本，具有显著的经济和环境效益。

1.2活性炭概述

活性炭是一种具有高度发达孔隙结构和巨大比表面积的碳质吸附材料，其主要原料来源广泛，包括木材、煤炭、果壳等天然材料以及一些工业废料。常见的制备方法有物理活化法、化学活化法以及物理化学联合活化法。物理活化法通常以水蒸气、二氧化碳等为活化剂，在高温条件下与含碳原料发生反应，从而形成孔隙结构。化学活化法则是利用化学药品如磷酸、氢氧化钾等与原料混合，经过碳化活化生成活性炭。物理化学联合活化法结合了前两者的优点，通过多步骤处理制备出性能更优的活性炭。

含氮活性炭是在传统活性炭制备过程中引入含氮元素的物质，使氮原子以不同形式掺杂到活性炭的结构中，形成含氮官能团。近年来，含氮活性炭的研究受到了广泛关注，其在废水处理、气体吸附等领域展现出独特的优势。通过调控含氮量和含氮官能团的种类，可以显著改变活性炭的表面性质和吸附性能。目前含氮活性炭的研究仍存在一些问题，例如氮源的选择和添加方式对活性炭性能的影响机制尚未完全明确，制备过程中可能会引入杂质，影响活性炭的纯度和性能稳定性。此外，含氮活性炭的大规模工业化生产技术还不够成熟，生产成本较高，限制了其广泛应用。

氮原子的引入对活性炭的吸附性能有着多方面的影响。含氮官能团的存在改变了活性炭表面的电荷分布和化学性质，增强了其对某些特定污染物的吸附亲和力。含氮活性炭表面的氨基等官能团可以与重金属离子发生络合反应，从而提高对重金属的吸附能力；对于一些有机污染物，含氮官能团可以通过氢键、π-π相互作用等方式增强吸附效果。含氮活性炭的孔隙结构也可能因氮掺杂而发生改变，进一步影响其吸附性能。合理控制氮掺杂过程，有望制备出具有高效吸附性能的含氮活性炭，以满足不同领域的应用需求。

1.3含酚废水及含Cr(Ⅵ)废水的危害与处理方法

含酚废水主要来源于石油化工、焦化、制药等行业，其中的酚类化合物具有高毒性和生物难降解性。酚类物质能够与生物体内的蛋白质发生反应，导致蛋白质变性，从而破坏细胞的正常生理功能。当含酚废水未经处理直接排入水体时，会对水生生物造成严重危害，影响鱼类等水生动物的生长、繁殖，甚至导致其死亡。如果人类长期饮用被酚污染的水，会引发慢性中毒，出现贫血、头昏、记忆力衰退以及神经系统疾病等症状，严重威胁人体健康。

含Cr(Ⅵ)废水主要产生于电镀、皮革制造、金属加工等行业，Cr(Ⅵ)具有强氧化性和高毒性。它能够通过皮肤、呼吸道和消化道进入人体，在人体内蓄积，对肝、肾等器官造成损害，还具有致癌、致畸和致突变的风险。含Cr(Ⅵ)废水排放到环境中，会污染土壤和水体，影响农作物生长，破坏生态平衡。

针对含酚废水和含Cr(Ⅵ)废水，目前已有多种处理方法。常见的物理化学方法包括吸附法、萃取法、膜分离法等；化学方法有化学氧化法、还原法、混凝沉淀法等；生物方法主要是利用微生物的代谢作用降解废水中的污染物。吸附法因其操作简单、处理效果好、成本相对较低等优点，成为一种广泛应用的废水处理技术。活性炭作为一种优良的吸附剂，具有巨大的比表面积和丰富的孔隙结构，能够有效地吸附废水中的酚类和Cr(Ⅵ)等污染物。其吸附作用不仅基于物理吸附，还涉及化学吸附过