金属氯化物协同活化聚酯实验服制备多孔活性炭：路易斯酸对产率与孔隙发育的增效机制

针对废弃聚酯纺织品资源化难题，本研究创新性采用ZnCl2、CuCl2、FeCl3等路易斯酸金属氯化物及其复合体系活化实验室废弃实验服，发现ZnCl2+FeCl3组合通过协同缩合-石墨化作用使活性炭(AC)产率提升至19.1%，而ZnCl2+CuCl2组合则构建出超高比表面积(844.4 m2/g)的介孔材料，为功能性碳材料的绿色制备提供了新策略。

每年全球产生数百万吨废弃纺织品，其中聚酯纤维制品因不可降解性成为环境负担。传统填埋处理不仅浪费碳资源，还可能释放微塑料等污染物。如何将这类废弃物转化为高附加值材料，成为可持续发展领域的重要课题。活性炭(AC)作为吸附剂、电极材料等功能性碳材料的代表，其传统制备常面临产率与孔隙结构难以兼得的矛盾——钾盐活化虽能构建丰富微孔但产率偏低(约5-7%)，而常规ZnCl₂活化虽能提高产率却以牺牲孔隙发育为代价。

针对这一技术瓶颈，来自湖北省科技重大项目支持的研究团队创新性地将实验室废弃聚酯实验服作为碳源，系统研究了ZnCl₂、CuCl₂、FeCl₃三类路易斯酸金属氯化物单用及复配时的活化机制。研究通过热重-质谱联用(TGA-MS)和原位傅里叶变换红外光谱(in-situ FTIR)实时监测反应过程，结合N₂吸附-脱附、X射线衍射(XRD)等手段表征产物特性。

材料与方法

研究选用废弃聚酯实验服为原料，经破碎清洗后与金属氯化物溶液混合。活化过程在管式炉中进行，设置550°C和800°C两组温度对比。通过气相色谱-质谱(GC-MS)分析热解油组分，采用BET法测定AC比表面积，并用盐酸洗涤去除残留无机物。

产物收率分析

数据表明单一金属氯化物中，CuCl₂因促进裂解反应导致AC产率最低(5.4%)，其衍生的金属铜会与中间体生成氯苯甲酸；而ZnCl₂和FeCl₃分别通过促进缩合和石墨化反应，使产率提升至9%以上。最具突破性的是ZnCl₂+FeCl₃复配体系，通过协同作用使产率飙升至19.1%，远超单一活化剂效果。

孔隙结构特征

比表面积测试显示：AC-ZnCl₂+CuCl₂具有最高比表面积(844.4 m²/g)，其介孔比例达75%，显著优于单一ZnCl₂活化产物(448.1 m²/g)。研究发现FeCl₃或CuCl₂的引入能有效缓解ZnCl₂活化过程中无机物残留问题(灰分从25-40%降至可控范围)，这源于固相反应促进了孔隙暴露。

局限与展望

研究指出当前技术存在原料疏水性导致的混合不均问题，建议未来开发新型预处理工艺。此外，金属氯化物回收体系的优化也是实现产业化的关键。

这项发表于《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》的研究首次揭示了金属氯化物复配活化聚酯纺织品的协同机制：ZnCl₂与FeCl₃组合通过缩合-石墨化双重作用实现产率突破，而ZnCl₂与CuCl₂组合则开创性地构建出介孔主导的高比表面积材料。该技术不仅为废弃聚酯纺织品的高值化利用提供了新途径，更通过"一石二鸟"的策略解决了活性炭制备中长期存在的产率-孔隙结构权衡难题，对推动循环经济发展具有重要意义。