研究亮点：

1. 微生物靶向降解预处理荷叶生物质，制备出高比表，高性能的活性炭。

2.巧妙利用塔兵曲霉、绿色木霉以及黄胞曲霉针对性分别定向分解荷叶中半纤维素、纤维素和木质素，制备出高比表、孔径分布不同的活性炭。所制备活性炭其吸附性能相对于没有用微生物预处理的活性炭，对甲苯吸附性能大大提高（约3.5倍）。

3.制备出同种生物质为原料的，比表面积相似的，但孔径分布不同的活性炭，并研究其孔径结构对甲苯吸附性能影响。

研究内容：

   活性炭AC材料的孔径分布表明（图1），预处理样品呈现分层多孔结构，而AC几乎完全由微孔组成。相对于没有微生物处理的活性炭具有更大的比表面积，都大致为2200m2/g左右（表1），使用绿色木霉处理所制备的活性炭表现出更大的微孔占比，达到60.8%，并且由三个窄的微孔系统组成，主要在约0.59nm，1.1nm和1.3nm（图2d）。使用黄胞曲霉改性后的荷叶所制备的活性炭呈现出高介孔比例, 具有2-10nm的宽孔径范围（图2d）。使用塔兵曲霉处理所得活性炭处于上述两者中间。这些结果表明，通过黄孢平革原毛菌分解产生的木质素产生丰富的中孔，纤维素降解菌绿色木酶有助于微孔生成。；另外由TEM表征可看出，使用不同真菌处理所制备活性炭与空白相比呈现不同的表面形貌，空白活性炭表面为褶皱状，而使用微生物处理后所得活性炭其表面具有针状突起，呈现高度无序性，从而表现出分层多孔结构（图1）。

表1. AC, M-AC-PC, M-AC-TV, 和 M-AC-AT的SBET, Smic ，Sext微孔占比，Vtot,Vmic，微孔孔容占比和平均孔径.

图 1. 通过真菌处理获得不同孔径分布、不同形态的多孔碳

 图 2. M-AC和AC样品N2吸附/解吸等温线和孔径分布

        动态甲苯吸附表明，微生物预处理的碳材料具有比活化的更好的吸附性能（最大值：446 mg/g）。纤维素降解微生物预处理的M-AC材料由于发育良好的微孔而显示出最佳的吸附能力，而用木质素降解微生物预处理的M-AC材料由于发育良好的中孔而显示出优异的传输扩散。经过HSDM模型拟合，M-AC材料传质kf系数相差不大，其中M-AC-PC由于介孔比例较高，在M-AC材料中具有最高的表面扩散Ds。因此，利用微生物分解预处理的简单有效的方法有望用于开发具有可调节孔结构和高比表面积的分级多孔碳，可根据实际应用的需求，针对性去除目标VOCs，使多级孔碳更具实际应用价值。

图3.AC，M-AC甲苯吸附穿透曲线以及HSDM及Thomas模拟

        该文第一作者为叶代启教授硕士研究生张伟霞，共同通讯作为黄皓旻工程师、叶代启教授，作者还包括付名利教授、成海荣、牛琦。相关成果以” MicrobialTargeted Degradation Pretreatment: A Novel Approach to Preparation of ActivatedCarbon with Specific Hierarchical Porous Structures, High Surface Areas, andSatisfactory Toluene Adsorption Performance”为题发表在Environmental Science&  Technology期刊上。

参考文献

Microbial Targeted Degradation Pretreatment: A Novel Approach toPreparation of Activated Carbon with Specific Hierarchical Porous Structures,High Surface Areas, and Satisfactory Toluene Adsorption Performance

Environmental Science & Technology 2019 53 (13), 7632-7640

DOI: 10.1021/acs.est.9b01159