利用棕榈废料制备的可持续活性炭用于水相二价镍吸附

把农场废料变成强效水过滤材料

在全球范围内，许多社区都在与受工业废弃物污染的河流和井水作斗争。其中一种尤其值得关注的污染物是镍——这种金属在体内积累会损害肺、肾，并可能增加癌症风险。本研究探讨了一个出人意料且简单的想法：利用被丢弃的棕榈叶——常被焚烧的农业废料——制成一种廉价的滤料，可近乎完全地从水中去除镍。

为什么水中的镍是潜在威胁

镍常见于电镀、蓄电池工厂、金属精饰等行业的废水中。由于镍易溶解并能在土壤和地下水中自由迁移，它可以远距离扩散离开污染源。低剂量的镍是生物学上的一部分，但较高浓度与呼吸问题、免疫力下降、肾损伤、过敏反应以及肺癌风险增加有关。现有的处理技术——如化学沉淀、膜过滤和离子交换——虽然有效，但通常成本高、耗能大并产生大量污泥，这对规模较小或经济条件较差的社区是一大负担。

从棕榈叶变为高性能炭

埃及的枣椰树种植量居世界前列，每棵树每年产生超过25公斤的干叶与叶柄。这些剩余物通常被视为垃圾。在本项工作中，研究者将棕榈叶切成小块，清洗并烘干，然后用磷酸浸泡并在窑炉中加热。该工艺将植物材料转化为活性炭——一种孔隙非常丰富、内部比表面积巨大的碳材料。精确测量表明，所得材料（称为PFTAC）具有介孔结构与裂缝状孔道、较大的内表面积（超过350平方米/克），并在表面带有多种可与水中金属离子结合的化学官能团。

新型滤料如何去除水中镍

为测试PFTAC，团队将其加入含镍的水中并在不同条件下搅拌，改变接触时间、温度、酸碱度（pH）和初始镍浓度。在优化条件下——中等温度、微酸性到中性pH以及现实的镍浓度范围内——该材料在90分钟内最多可去除99.65%的溶解镍。数据表明，镍主要以单层、均匀的方式吸附在碳表面，符合所谓的朗缪尔等温线。动力学分析显示该过程受化学作用控制，而不仅仅是简单的物理捕获。镍离子扩散进入孔道并与富含氧的位点结合，如在磷酸处理过程中形成的羟基、羧基和磷酸根等基团。

调整条件以实现最佳净化效果

研究者还考察了实际运行条件对性能的影响。他们发现非常低的pH值（强酸性水）会使镍离子与氢离子在相同结合位点发生竞争，从而降低去除率。随着pH升高到约3，镍的吸附增加，但在更高pH下镍会开始形成固态氢氧化物颗粒，改变其行为。增加棕榈基活性炭的投加量可以提供更多活性位点，提高去除效率，而升高温度则有利于镍离子向孔内部扩散，表明该过程为吸热且在较暖环境下更易进行。利用响应面法等统计方法，团队描绘了时间、温度与初始镍浓度之间的相互作用，并展示了他们的数学模型能够在广泛条件下可靠预测去除效率。

这对更清洁、更廉价的用水意味着什么

对非专业读者来说，主要结论很直接：一种常见的农业废料——棕榈叶——可转化为一种低成本、可再生的滤料，几乎完全去除水中的镍。由于该材料来自当地可得的生物质，所需设备相对简单，且可再生使用，它可能帮助工厂和市政当局在不依赖复杂高价技术的情况下减少污染。经进一步在连续流系统和实际工业废水中的测试，棕榈废料活性炭有望成为在水资源和资金都有限的地区实现更安全饮用水和更清洁河流的实用途径。

引用: Hammad, W.A., Abdel-latif, M.S., Hawash, S.A. et al. Sustainable activated carbon from palm waste for aqueous nickel II adsorption. Sci Rep 16, 6523 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37088-8

关键词: 镍去除, 活性炭, 棕榈废料, 重金属, 废水处理