图文并茂！寻宝记之农业废弃物

一、背景

在过去的几十年中，吸附被描述为一种有效且通用的方法，其初始投资低，在处理过的水中不会产生副产物，从而即使在低浓度下也能有效地从水中去除药物。迄今为止，已经为实现这一目标提出了多种吸附剂，包括碳基材料 (活性炭 (AC) 最具代表性)，粘土，金属氧化物，聚合物树脂和壳聚糖；碳质材料，例如煤，木材，褐煤和椰子壳通常用于生产可商购的AC；农业工业副产品，如木质纤维素废物，可以提供有效和可获得的交流电来源。这种选择特别有吸引力，因为每年收获和加工各种作物会产生大量废物。

此外，使用这种环境友好的前体可以减少与固体废物管理有关的挑战，同时降低活性炭生产的原料成本。活性炭可以通过多种废物的物理或化学活化与热分解 (碳化) 相结合而产生。传统上，碳化步骤包括使用常规加热的热解转化，这通常需要长的操作时间和高温，这是一个高能量需求的过程，因此导致生产成本增加。由于快速，均匀的加热，微波辅助热解是克服这些限制的潜在替代方法，从而缩短了生产时间并降低了能耗。这种替代加热产生的活性炭已用于吸附不同的污染物。最近的研究表明，通过微波辅助热解各种废弃生物质（如种子荚、巨型芦苇、造纸厂污泥和杏仁壳。

集约化农业生产有助于使用生物炭吸附过滤器减轻农业污染源。生物炭是生物质在限氧条件下通过热化学转化获得的固体多孔介质。由于其优异的性能，生物炭已广泛应用于环境保护和能源回收领域。许多有机废物，例如农林废弃物、动物粪便和污水污泥已用于废弃物处理和生物炭生产。这些生物炭可以通过吸附去除受污染的水/土壤中的重金属和持久性有机污染物。农业废弃物的资源化利用可以比传统的焚烧和处置更有效，特别是在禁止焚烧秸秆的情况下。生物炭生产满足农业废弃物处理和农业废水处理的要求，为农村农业废弃物资源化利用和农残农业废水处理提供了很好的参考。

二、文献分析

1、通过在废玉米秸秆上构建金属有机框架膜制备过滤器以有效去除废水中的磷酸盐

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136461

金属有机框架 (MOFs) 已被证明是从废水中去除磷酸盐的有效吸附剂，但是粉状MOFs的加工和再循环的困难限制了其实际应用。将MOFs塑造成面向应用的形式，同时保持其内在属性很重要，但具有挑战性。在这里，作者团队通过溶剂热过程在废玉米秸秆 (MS) 的细胞壁上构建UiO-66膜来制造新型UiO-66/MS过滤器。MS独特的生物结构为传质提供了发达的通道，UiO-66的纳米颗粒均匀地锚定在MS的细胞壁上，形成单层膜，促进吸附位点的暴露。由于这些结构优点，UiO-66/MS过滤器表现出比UiO-66颗粒更高的从水中去除磷酸盐的效率。为了实现连续的磷酸盐去除，通过串联UiO-66/ MS过滤器制造了一个多合一的装置。作者的这项研究不仅提供了一种高效的UiO-66/MS过滤器用于磷酸酯修复，而且还为废物MS的增值利用提供了蓝图。

2、从ZIF-67和玉米秸秆废料中提取的环保耐酸磁性多孔碳，可有效去除水中的吡虫啉和噻虫嗪

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132999

广泛存在于水环境中的新烟碱类化合物会对生态安全和人类健康产生不利影响。作者团队设计了一种低成本的磁性多孔碳ZIF-67/CS @ C，其来源于ZIF-67和农业废玉米秸秆 (CS)，并将其用于吸附去除水中的吡虫啉和噻虫嗪。该吸附剂是通过在 CS 表面原位修饰 ZIF-67 制备的 ZIF-67/CS 杂化物碳化制备的，然后酸洗以洗脱不稳定成分。在碳化过程中，Co2+离子被还原成磁性CoO纳米粒子，结果ZIF-67/CS@C表现出很强的磁响应（饱和磁化强度为12.25 emu‧g-1），易于磁分离离。同时，Co纳米颗粒被保护性地包裹在发达的石墨化壁中，这赋予了ZIF-67/CS@C良好的耐酸性（在pH 1.0时只有0.23%的Co被浸出）。更重要的是，获得了合理的孔径分布（大多数孔径匹配或为吡虫啉和噻虫嗪的3-6倍）和高外表面积（280 m2‧g-1）的ZIF-67/CS@C超吸附剂。吡吡虫啉和噻虫嗪的吸附量分别高达189和133 mg·g-1。此外，经过连续六次回收后，吸附效率仍保持在95%以上，这表明ZIF-67/CS@C具有出色的重复利用能力。作者的研究可以很容易地适应不同的生物质废物和 MOFs，从而有可能制备更多新型吸附剂。

3、稻壳和鸡粪共热液气化产生的农业废弃物生物炭及其对乐果的吸附性能

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128248

作者团队旨在将农业废物的能源利用与通过氢气和使用共水热气化 (CHTG) 生产生物炭从农业废水中吸附乐果 (DT) 结合起来。评估了稻壳 (RH) 和鸡粪 (CM) 五个比例的CHTG后的气化行为以及生物炭在DT上的相应吸附性能。结果表明，3RH +1CM的原料达到了最大的气体产率和氢气气化效率 (HGE)，对衍生生物炭的最高吸附容量为3.57 mg g − 1。表面表征和元素分析表明，在不同C/N比下衍生的生物炭差异很大。农业废弃物衍生生物炭 (AWB) 在五个再生和吸附循环中的优异性能表明，AWB是一种绿色稳定的农田尾水吸附材料。此外，还全面讨论了废吸附剂水热气化 (HTG) 再生过程中DT的降解途径。CHTG处理提高了RH和CM的气态产物的收率，并产生了对DT具有高吸附能力的AWBs。这为农业废物的资源利用和利用农药残留处理农业废水提供了绿色高效的技术。

4、来自大麻槿的高功率、长循环寿命的电容性碳，一种在水处理应用中同时具有附加值的农业生物废物

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.134952

在这篇文献中，作者团队报告了一个简单的可扩展的过程，将木槿大麻 (HBC)，一种无毒的，无处不在的农业废物转化为多功能的碳材料，用于能源和环境应用。在该过程中，制备了高比电容，高功率密度和长循环稳定性的超级电容器。并对最终产品进行了高吸附能力和多次重复使用能力的有机污染物去除试验。通过比表面积 (SSA) 、CV、GCD和电荷储存动力学分析在不同热解温度 (700、800和900 ℃) 下制备的碳材料。作者证明，尽管热解温度升高导致表面积增加，但比电容在很大程度上受高热解温度下亲水性和伪电容官能团去除的影响。在800 ℃ 下制备的碳材料提供了SSA、促进电极润湿的残余官能团和离子扩散和表面氧化还原反应的伪电容贡献的最佳组合，并在0.5 A/g下表现出241.2 F/g的高比电容 (三个电极设置)。重要的是，HBC-800/HBC-800对称超级电容器可以在超过26 A/g的电流下在不到一秒内充电/放电，导致30 kW/kg的高功率密度，并且可以在30,000个循环 (以ioa/g) 的情况下仅用1.6% 电容损耗可逆地循环。此外，当用作受污染的水处理介质时，在700 ℃下制备的HBC显示出397.76 mg/g的优良孔雀石绿 (MG) 吸附能力，并且在10个循环中有84% 的保持能力。

5、啤酒废物微波热解生产活性炭的多变量优化-在去除水中抗生素方面的应用

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128556

作者团队旨在通过快速、低试剂和低能耗的工艺优化农业工业废料的一步化学活化和微波热解，以获得具有优异质地和吸附性能的微孔活性炭 (AC)。废啤酒谷物被用作前体，抗生素磺胺甲恶唑 (SMX)，甲氧苄啶 (TMP) 和环丙沙星 (CIP) 被认为是目标吸附剂。采用分形因子设计来评估影响AC制备的主要因素 (活化剂，活化剂: 前体比例，热解温度和停留时间) 对相关反应的影响。在优化的条件下 (K2CO3活化，在800 ℃ 下热解20分钟，K2CO3: 前体比例为1:2)，获得了具有1405m2g-1的比表面积和大吸附目标抗生素 (82-94%) 的微孔AC，并选择用于进一步研究。获得了长达60分钟的平衡时间和859 µ mol g-1 (SMX)，790 µ mol g-1 (TMP) 和621 µ mol g-1 (CIP) 的最大Langmuir吸附容量。通过非常快速的热解和较低的活化剂负载，可以获得所选材料的优异的质地和吸附性能，突出了优化研究以减少基于废物的AC对环境和经济的影响的重要性。