生物炭去除有机污染物的初步探讨

李 广

(山东科技大学 化学与环境工程学院，山东 青岛 266590)

1 生物炭的概述

生物炭是以一种生物质(农林废弃物、牲畜粪便、市政废物)为原料，通过限氧裂解制得的碳质材料[1-3]。生物炭因其原料来源广泛、制备工艺相对简单、吸附能力强等优点，已被视为一种新型的环保吸附材料，近年来受到越来越多的关注[4-5]。

2 生物炭在环境污染控制方面的应用

在环境污染治理方面，生物炭已经被广泛应用于水污染控制、土壤改良及修复、大气污染治理等方面[6]。

Yuan等[7]采用限氧热解法研究了生物炭的碱性形态，研究表明，所含的-COO(-COOH)和-O(-OH)等官能团对生物炭样品的碱度有很大的贡献。Li等[8]研究了生物炭对不同金属离子的吸附机理，结果表明，络合和静电引力是其吸附As的主要作用机制，络合和还原是其吸附Cr和Hg的主要机制，而吸附Cd和Pb的主要机制是阳离子交换和沉淀作用。Sarahe等[9]利用玉米秸秆生物炭去除水中的芘，结果表明，表面吸附起主导作用，吸附系数 KFr为5.22～6.21。Tahasm等[10]研究表明，磷酸盐处理的玉米秸秆生物炭能够高效去除水中的二嗪农，表面吸附是主要的作用机制。Shi等[11]利用玉米秸秆生物炭改良酸性土壤(pH值<5.5)，结果表明施入生物炭后，土壤CEC和pH值均增大，对土壤的改善效果优于Ca(OH)2。黄恋涵等[12]利用四乙烯五胺改良生物炭然后用于烟气中的SO2吸附，结果表明在25℃、烟气流量为400mL/min条件下，S吸附容量可达288.6mg/g。在机理研究方面，生物炭对水中污染物的去除机理一般可以分为静电作用、疏水作用、氢键、孔隙截留、孔隙填充、π-π相互作用、离子交换作用以及分配作用等，但吸附过程往往是多种吸附机制共同作用的结果[13-17]。生物炭与土壤中金属的作用机制主要是化学还原、离子交换和表面络合作用，反应点位主要为芳香醇、芳香酸和碳酸盐[17-20]。

3 生物炭的活化性能概述

4 生物炭活化PS去除难降解有机物

5 生物炭中的元素对其活化能力的影响

通过分析可以看出，生物炭在降解抗生素领域具有极大的应用潜力。但以往的研究所用的生物炭多数来自陆地生物质(如各类秸秆、竹子、工业废弃物等)。最近的研究发现N元素以及部分金属元素(如Fe、Cu、Co、Ni等)能够促进生物炭活化能力的提升，因此开展了N或者金属元素掺杂生物炭的制备和应用研究并取得了显著效果[41-45]。但掺杂过程较为复杂，因此导致生物炭的大规模制备和应用受到了影响。与陆地生物质不同，研究发现很多海藻中含有丰富的N和金属元素，因此研究人员尝试用藻类直接制备生态炭，以期在不依赖于外部掺杂条件下，制备出具有高效催化活化能力的生物炭材料。相关研究已经有了少量报导，例如史宸菲等[21]采用蓝藻制备生物炭，利用其活化PS实现了对染料橙黄G的高效去除。Chen等[46]利用浒苔原位热解制备生物炭(Fe-N@C)，研究发现，在高热解温度下浒苔生物质形成了石墨结构，从而获得了优异的催化性能；通过活化PMS实现了对扑热息痛(PCM)的高效去除，并且三个循环后仍然可以实现PCM的完全降解，研究结果证明了石墨结构在生物炭催化活化方面的关键作用。

综上所述，生物炭在降解去除环境中有机污染物方面有着巨大的潜力，不仅有着良好的吸附能力，还能有效的活化PS从而更有效的去除环境中的有机污染物。因此，作为一种环境友好型材料，生物炭的发展前景可想而知。