米乐m6摘要：文章基于水体富营养化现象，探讨了生物碳用于环境污染的现状，以及在废水重金属吸附中的机制原理。以供参考。

　　近年来，生物碳主要用于增加土壤碳汇和提升土壤肥力，以及增加土壤持水力，起到节约用水的目的。同时由于其具有较高的pH、较大的孔隙度以及丰富的含氧官能团，对水、土壤或底泥中的有机污染物以及重金属有较好的吸附固定作用，也成为污染环境治理的重要材料。因此近年来对于生物碳在环境治理及土壤修复等方面受到越来越多的关注。

　　水体富营养化是水体污染中最为普遍的现象，也是国内外水环境污染治理的难题。随着经济发展和人口增长，水体富营养化问题日趋突出，引起水质恶化、湖泊退化，严重破坏水体生态环境，威胁水生生物的生存，乃至人类健康。治理水体的富营养化，第一是严格控制各类污染源将营养物质带入水体，第二是削减已处于或趋近于富营养化状态的公共自然水体中的P含量。目前采用的方法主要有化学、物理和生物方法。化学法是投撒混凝剂或吸附剂，效果是暂时的，且有副作用；物理方法如清挖底泥，费用较高，技术难度大，掌握不好可能导致水体P平衡的破坏，水质更加恶化；生物方法过去多采用在水域中放养凤眼莲等水生杂草，虽收到一定效果，但由于价值低难以收获利用，且产生二次污染。

　　生物碳（Biochar）是生物质原料（通常是秸秆、稻壳、果壳、木屑等农林废弃物以及家畜粪便）在完全绝氧或部分缺氧条件下经高温热裂解产生的一类高度芳香化和高稳定性的高碳固体产物。生物碳自身具有较高的稳定性，pH呈碱性特征和富含养分物质，以及具有保水、持留养分、改善土壤环境质量、利于微生物繁殖等优点，对环境污染治理起着重要作用。

　　生物碳的原料为生物质，含有大量矿物质元素，施加到土壤中，可以提高土壤中K、Ca米乐m6、Na、Mg、P等离子的含量。施用生物碳可显著提高土壤阳离子交换量，增加全氮和可利用性磷的含量。另外，多项研究表明大多数生物碳是呈碱性的，可以有效改善土壤环境的酸碱度。当土壤pH值降低时土壤中正电荷增加，盐基离子不易被土壤吸附固定在土壤中，使这些离子容易随雨水冲刷而流失，导致土壤养分含量降低，从而造成土壤贫瘠。生物碳的加入可以改良酸性土壤酸碱性，提高酸性土壤上种植作物的产率。

　　生物碳对有机污染物和重金属吸附性是近年的研究热点，尤其是在中国环境领域。生物碳具有较高的比表面积和丰富的含氧官能团，对重金属和有机污染物的吸附固定有较大的潜力。陈再明等人发现水稻秸秆生物碳RC350、RC500、RC700对Pb2+的最大吸附量分别为65.3、85.7和76.3mg/g，是原秸秆生物质RC100的5-6倍，是活性炭AC的2～3倍。发现生物碳中的有机碳组分和无机矿物组分均是吸附Pb2+的重要组分，其中无机矿物组分的吸附量大于有机碳组分。张继义等人通过扫描电镜发现，随着碳化温度的升高，秸秆的微孔开始扩大，表面粗糙程度增加，导致了比表面积增加，孔道效应发挥其吸附作用，从而提高吸附性能。生物碳吸附重金属另外一个因素可能是生物碳的碱性，在酸性环境下重金属以离子状态存在，假如生物碳后土壤pH升高，可浸出的重金属减少。

　　目前处理工业重金属废水方法主要包括化学沉淀、电解法、离子交换、膜分离法以及活性炭吸附等。化学沉淀法是使用化学沉淀剂与重金属反应得到沉淀物，然后过滤，方法简单，成本低，但金属离子沉淀不完全，对低浓度重金属废水处理效果不佳，因而废水重复利用困难；电解法利用直流电的作用使重金属离子向阴极迁移，使重金属在阴极还原或析出；离子交换是使用离子交换树脂表面的功能基团与重金属离子发生置换；膜分离是利用筛滤和反渗透法使水分子透过膜，将微小颗粒和金属离子截留下来；活性炭吸附法是利用活性炭的高比表面积和表面官能团对重金属进行吸附。电解法、离子交换、膜分离法、活性炭吸附的成本均较高，不适宜长期应用于生产中。生物碳是以作物秸秆、家禽粪便及污泥为原料制备的富碳固体，具有与活性炭相似的吸附性质，但生物碳的制备原料来源广，成本低，较适合代替活性炭进行环境修复。

　　生物碳用于水体重金属的吸附研究一直是近几年的热点。李江山等人研究发现，当溶液初始pH为6.00时，300℃制备的污泥生物碳对溶液中Pb2+、Cu2+和Zn2+的吸附量最大，分别达42.941、25.769和12.484mg/g。龙小林利用严重泛滥的水葫芦为原料制备生物碳，用以吸附水中重金属，发现其对Cd2+的去除率高达99.24%。

　　Yap等研究发现椰子壳炭作为去除镉离子的吸附剂，在生产的理想原料方面具有巨大的开发潜力；且在800W反应功率，20min反应时间和0.5g（FeCl3：生物质）浸渍比下发现了最佳新型磁性生物碳合成的优化条件。制备的MB显示出宽的多孔网络，BET表面积为834m2?g－1，并且证明其在从废水中除去镉和铅方面是高效的。Wang等用KMnO4预处理的生物质原料，发现其表现出比原始生物炭更好的吸附Cd（II）的能力。

　　铅（Pb）的环境释放主要归因于含有铅酸电池废水的工业废水。已知在长期饮酒后会引起恶心、抽搐、癌症、昏迷等问题。

　　Ding研究发现，碱（NaOH）改性大大增加了表面积，含氧表面官能团和来自山核桃木的生物炭的CEC。结果，在单金属和混合金属体系中，改性生物炭表现出比原始金属更高的重金属（即Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+和Ni2+）的吸附。此外，填充有改性生物炭的固定床柱显示重金属离子的良好过滤，并优先从混合金属溶液中除去Pb2+和Cu2+。将用过的柱用0.2MHCl溶液冲洗，其解吸所有金属离子，其中Pb2+的解吸效率为100.6%。再生塔有效地从水溶液中去除Pb2+，大部分残留的Pb2+可以通过酸溶液释放。这项工作的结果表明碱改性方法可以应用于生物炭，以提高其重金属去除能力，所得改性生物炭具有很大的潜力作为环境补救的替代吸附剂。

　　Han研究发现生物炭和Fe2O3的组合似乎是一个非常有前途的选择，制作吸附剂和可回收的生物炭。这2种材料的协同作用可以在热解之前用水相处理更好地利用。

　　Shang等通过对Cr（VI）吸附实验发现，磁性生物炭吸附剂对酸碱度变化反应敏感的特点。去除溶液中Cr（VI）则需要高pH条件，其对pH的依赖性是比较强的，并且在pH为2时观察到最大吸附量。每批次的吸附数据与伪二阶模型（Ｒ2=0.994）非常吻合，并且Langmuir等温模型也是最好的拟合等温线）。用低成本草药残留废物制备的磁性生物炭将被广泛用于处理被Cr（VI）污染的废水，这是有效供给的方法和环境友好的技术。

　　Hyder等研究发现使用生物炭从合成废水中吸附Cr（VI），对于最高的Cr（VI）去除，最佳pH，生物炭剂量和初始Cr（VI）浓度分别为2.0，20.0g?L－1和10.0mg?L－1。生物炭可以经济和有效地从水和废水中去除Cr（VI），具有成为吸附剂的潜力。

　　综上所述，生物碳的有效利用的一个全新的发展方向，随着科学技术的发展，其在环境保护和土壤改良以及水体治理等众多领域得到应用。同时，生物碳在各领域的应用研究也是今后的研究热点问题之一。

　　[1]吴简，刘朋虎，叶菁，王义祥，翁伯琦.磁性生物炭吸附废水中重金属的研究进展[J].亚热带资源与环境学报，2018（01）：58-65.