近期生物质废弃物定向制备多功能碳材料研究团队相继在Chemical Engineering Science和Chinese Chemical Letters上发表生物质碳材料的研究成果。
磁性生物碳作为一种低成本、易分离的多功能碳基材料，在环境治理和能源催化等领域展现出广阔的应用前景。然而，当前磁性生物碳的制备依赖于传统的热解方法，导致其微观结构及理化性质难以实现高效调控，造成其材料性能相对低下，限制了其推广应用。
制备磁性生物碳的传统热解法通常需要高温（>500 °C）以实现铁盐向磁性铁物种的充分转化，此过程易导致功能基团大量分解及铁物种团聚，限制了其吸附容量与能源效率。因此，开发低温制备策略，在引入磁性铁的同时保留并构建丰富的表面活性位点，是实现高性能磁性生物碳低成本合成的关键挑战。本研究提出一种基于K2FeO4与KMnO4的协同共氧化热解策略，在低至250 °C的温度下成功制备出高性能磁性生物碳（MMB250）。该策略利用K2FeO4与KMnO4的强氧化性与碱性，协同促进生物质热解并产生大量还原性小分子，从而高效地将FeO42−与MnO4−还原为多种磁性铁物种及锰氧化物，并实现其均匀负载于碳基质。所制备的MMB250具有丰富的含氧官能团、发达的孔隙结构及高饱和磁化强度（21.79 emu/g），对四环素和Cu⟡⁺表现出卓越的吸附性能，最大吸附容量分别高达720.7 mg/g和267.9 mg/g。吸附机理研究表明，其对四环素的吸附主要依赖氢键/络合/π-π作用/孔填充，而对Cu2+的吸附则主要通过阳离子交换/络合/静电相互作用/孔填充实现。该材料在多种实际水体基质及共存矿物干扰下仍保持优异吸附能力，并展现出良好的循环再生性能。本研究为低温、低能耗制备高性能磁性生物碳提供了新策略，所制备的磁性生物碳在复合污染废水治理中具有极高的应用潜力。
该研究工作以“Unveiling synergistic effect of potassium permanganate and potassium ferrate to manufacture magnetic biochar by low-temperature pyrolysis for efficient adsorption of tetracycline and copper”为题发表于化工三大刊Chemical Engineering Science，硕士研究生郑崇麟和张围丰为论文共同第一作者，罗盛旭教授和黎吉辉教授为论文共同通讯作者。文章链接：//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009250925015660
传统热解法制备的磁性生物碳常面临铁物种团聚、活性位点暴露不足及碳基质催化性能有限等问题，制约了其催化效率与稳定性。如何通过微观结构调控实现铁物种与碳基质的高效协同，构建具有多重活性位点的高性能磁性碳材料，是提升其类芬顿催化性能的关键挑战。本研究提出一种基于K2FeO4水热氧化磁化策略，通过一步水热法制备具有多重催化位点的磁性水热碳。K2FeO4同时作为铁源与氧化剂，在反应过程中调控碳基质结构，引入丰富的含氧官能团、持久性自由基与石墨缺陷，并促使磁性铁氧化物均匀负载于碳载体上，形成纳米异质结结构。表征与实验结果表明，该材料在宽浓度范围（50–200 mg/L）内对四环素具有高效降解能力（60 min内去除率达99%），并表现出优异的循环稳定性。自由基淬灭与ESR分析揭示了•O₂⁻、¹O₂与•OH等多种活性氧物种共同参与降解过程，且碳基质在促进Fe³⁺/Fe⟡⁺循环与电子传递中发挥关键作用。该研究为简便构建具有多重催化位点的磁性碳材料提供了新思路，拓展了其在复杂水体中有机污染物高效降解中的应用潜力。
该研究工作以“Microstructure regulation to manifold catalysis sites of magnetic hydrochar for enhancing Fenton-like degradation of tetracycline”发表于Chinese Chemical Letters， 搜同
硕士研究生郭梓镜为论文第一作者，肖亚威副教授和黎吉辉教授为论文共同通讯作者。文章链接：//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1001841725004917
上述研究工作得到了国家自然科学基金（52160018，21801053，52400206），海南省自然科学基金（422RC600，519QN175）、 搜同
科研启动基金项目（KYQD（ZR）-21059，XJ2400008202，XJ2400011473）的资助和支持。
撰稿人：肖亚威
审核人：潘福生
