廢竹材變“吸污能手”

原標(biāo)題：廢竹材變“吸污能手”

竹廢棄物轉(zhuǎn)化為污染物吸附劑。

工藝示意圖。 受訪者供圖

竹林修剪后的枝條、加工剩余的竹屑、被丟棄的竹材邊角料，在很多地方往往被當(dāng)作農(nóng)業(yè)廢棄物處理。如今，這些看似不起眼的廢棄竹材正被賦予新的價(jià)值。

近期，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部成都沼氣科學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)把廢棄竹材變廢為寶，開發(fā)出了超低比表面積卻吸附力超強(qiáng)的生物炭。這項(xiàng)研究打破了“吸附強(qiáng)必須表面積大”的常規(guī)認(rèn)知，證明僅調(diào)整材料表面結(jié)構(gòu)，也能高效清除污染物。該研究為農(nóng)業(yè)廢棄物低能耗、高值化利用提供了新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，獲得中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新專項(xiàng)等項(xiàng)目資助。

被忽視的廢竹材

我國(guó)南方地區(qū)竹資源豐富。竹制品加工、竹林撫育和竹材利用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量廢棄竹材，包括竹屑、竹片和修剪枝條等。

“這些材料如果得不到有效利用，不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，還可能帶來(lái)環(huán)境負(fù)擔(dān)。”成都沼氣科學(xué)研究所副研究員張冬冬說(shuō)，科研人員同時(shí)關(guān)注到水中抗生素污染的環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻。部分抗生素通過(guò)養(yǎng)殖排放、醫(yī)療廢水等途徑進(jìn)入環(huán)境，可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和公共健康造成潛在影響。

科研人員不禁想到，能否將竹子廢棄物轉(zhuǎn)化為高附加值材料，用它來(lái)治理水污染，走出一條更可持續(xù)的環(huán)境保護(hù)新路？

像“魔術(shù)貼”抓住污染物

正是在這樣的背景下，研究人員發(fā)現(xiàn)，生物炭就是其中的重要方向之一。

生物炭通常是通過(guò)熱解生物質(zhì)原料獲得的一類碳材料。由于具有一定的孔隙結(jié)構(gòu)和表面活性，它在土壤改良、水體凈化和污染治理等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。然而，在傳統(tǒng)材料科學(xué)認(rèn)知中，生物炭的吸附能力往往與其“比表面積”密切相關(guān)。

一般來(lái)說(shuō)，比表面積越大，材料能夠接觸并吸附污染物的區(qū)域就越多，因此吸附能力也越強(qiáng)。許多高性能吸附材料，往往需要通過(guò)復(fù)雜工藝來(lái)獲得較大的比表面積。

然而在這項(xiàng)研究中，科研人員以廢棄竹材為原料，開發(fā)了一種新的生物炭制備方法，核心工藝是先通過(guò)低溫烘焙把竹子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定下來(lái)，形成穩(wěn)定的碳骨架，在這個(gè)基礎(chǔ)上，通過(guò)溫和堿改性給這個(gè)碳骨架上組裝大量的表面官能團(tuán)，利用表面官能團(tuán)去吸附污染物。

張冬冬說(shuō)：“竹材本身的纖維結(jié)構(gòu)非常適合通過(guò)我們團(tuán)隊(duì)開發(fā)的‘低溫烘焙+溫和堿改性工藝’，這種結(jié)構(gòu)能很好地轉(zhuǎn)化為我們所需的碳骨架基礎(chǔ)。值得一提的是，我們團(tuán)隊(duì)采用的過(guò)熱蒸汽技術(shù)，能使制備出的生物炭比常規(guī)方法含有更豐富的含氧官能團(tuán)。這意味著，我們的炭在起點(diǎn)上就具備了更高吸附效率的潛力，讓我們能更專注于‘提升功能’而非‘創(chuàng)造孔隙’。”

“傳統(tǒng)高性能吸附劑依賴高溫活化造出巨大的比表面積來(lái)‘物理吸附’，這非常耗能?！睆埗f(shuō)，他們的思路不同，“我們更看重材料表面的‘化學(xué)本領(lǐng)’，僅通過(guò)增強(qiáng)表面化學(xué)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)生物炭材料吸附容量的大幅提升。這種材料‘抓住’污染物的方式，可以形象地理解為它不像一個(gè)多孔的‘海綿’，而是像一個(gè)布滿特定‘抓手’的‘魔術(shù)貼’。這些‘抓手’就是通過(guò)表面化學(xué)工程精心構(gòu)筑的官能團(tuán)，它們通過(guò)協(xié)同的化學(xué)作用力，將污染物分子緊密地‘鎖’在材料表面。”

污染治理新前景

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種由廢棄竹材制備而成的生物炭，在吸附效率方面表現(xiàn)出優(yōu)異性能，其單位比表面積的吸附效率遠(yuǎn)超石墨烯氧化物等高級(jí)材料。

“將廢竹轉(zhuǎn)化為吸附劑，其核心意義在于將廢棄物處理和水污染通過(guò)一個(gè)低能耗的解決方案聯(lián)系起來(lái)。它不僅提供了一種具體的治污工具，更重要的是展示了一種可持續(xù)材料設(shè)計(jì)的全新思路。對(duì)于大量存在的竹子廢棄物，秸稈廢棄物和園林廢棄物的資源化利用是個(gè)潛在的解決方案?！睆埗f(shuō)，廢棄物被用來(lái)制作成環(huán)保材料，土壤和水體都將更加干凈。這不僅是技術(shù)的進(jìn)步，更是一種發(fā)展理念的革新，讓人們看到環(huán)境保護(hù)與資源循環(huán)利用相結(jié)合的美好前景。

研究團(tuán)隊(duì)表示，未來(lái)還將進(jìn)一步探索這種材料在不同污染物處理中的應(yīng)用潛力，并推動(dòng)相關(guān)技術(shù)向?qū)嶋H環(huán)境治理場(chǎng)景轉(zhuǎn)化。（周姝蕓）

（人民日?qǐng)?bào)海外版）