蒋智成副研究员 BIOCHAR：酒糟基碳-氧化硅活性界面的构建及其用于去除白酒中的苯甲醛

点击数：1992025-06-30 00:00:00　来源: biochar生物炭

摘要：

  将酒糟高附加值资源化利用有利于推动中国白酒产业的可持续发展，并减少相关的环境风险。本文以酒糟为原料，通过碳化、KOH蚀刻、水蒸气活化等工艺制备了AC-SiO2复合吸附材料，用于吸附白酒生产异常过程中的苯甲醛，以改善白酒的风味品质。实验结果表明，KOH刻蚀可以有效去除酒糟炭中的SiO2，并使碳基质暴露，有利于进一步的水蒸气活化，进而使得AC-SiO2的比表面积提高至1213.0 m2/g。水蒸气活化在SiO2上引入了Si–OH/Si–H键，在碳表面引入了–OH/–COOH基团，并提高了吸附剂的石墨化程度。优化工艺（KOH浓度为24.8 wt%，水蒸气用量为57.8 mL，活化温度为748 ℃）后制得的AC-SiO2对苯甲醛的去除率为68.7%。AC-SiO2对苯甲醛的高效去除是由于AC和SiO2组分的协同作用，使苯甲醛优先吸附在AC-SiO2界面上：其中，碳基质通过π-π堆积与苯甲醛中苯环平面作用，而SiO2表面的Si–OH基团则通过氢键与苯甲醛的醛基作用。本研究不仅为白酒资源利用提供了新思路，也为提升白酒质量提供了理论支撑和技术支撑，对促进白酒产业的绿色可持续发展具有重要意义。

图1 图文摘要

图2 （A）不同活化温度下KOH浓度和水蒸气用量对AC-SiO2吸附剂的苯甲醛去除性能影响的响应面图；（B）AC-SiO2的优化制备工艺及其对苯甲醛的吸附性能

图3 （A-E）苯甲醛弱相互作用可视化分析及AC-SiO2吸附位点分析；（F）吸附机理

亮点：

  1. 充分利用酒糟的成分特点，制备了AC-SiO2复合吸附剂。

  2. KOH蚀刻去除了酒糟炭中的SiO2，并暴露碳基质，有利于其水蒸气活化。

  3. 水蒸气活化在酒糟炭上引入了含氧基团，同时提高了石墨化程度。

  4. 苯甲醛在AC-SiO2界面上通过π-π和氢键作用实现高效吸附。

结论：

  1. KOH可以去除酒糟炭中的SiO2，增加了AC-SiO2的孔隙结构，为水蒸气活化提供了通道，进一步增大了AC-SiO2的比表面积和微孔体积。
  2. 水蒸气活化可在酒糟炭的C和SiO2表面引入含氧官能团，使AC-SiO2吸附剂的亲水性增强。
  3. 优化工艺后制得的AC-SiO2在模拟白酒和真实白酒中对苯甲醛去除率分别为68.7%和85.5%，5次循环吸附后去除率仍保持在63.4%以上。
  4. AC-SiO2对苯甲醛的高效去除是由于AC和SiO2组分的协同作用，使苯甲醛优先吸附在AC-SiO2界面上。