生物炭对土壤重金属吸附机理研究进展

第４期
周 婷 ，等 ：生 物 炭 对 土 壤 重 金 属 吸 附 机 理 研 究 进 展
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２ 生物炭对土壤重金属表面吸附机理
２．１ π 键 作 用 生物炭 通 常 被 看 作 是 高 度 芳 香 化 并 含
有随机堆叠的石 墨 层，其 表 面 含 有 丰 富 的 化 学基团，这些官能 团 通 过 表 面 电 荷 的 性 质 和 π 电 子 影 响 着 它 的 吸 附 性．生 物 炭 表 面 高 度 芳香 化，具 有 电 子 云 高 度 密 集 的 π 电 子 结
第１７卷 第４期 ２０１８ 年 ７ 月
杭 州 师 范 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｎｇｚｈｏｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４２３２Ｘ．２０１８．０４．０１２
Ｖｏｌ．１７ Ｎｏ．４ Ｊｕｌ．２０１８
表 １ 不 同 Hale Waihona Puke Baidu 料 制 成 的 生 物 炭 所 含 元 素 具 有 差 异
犜犪犫．１ 犜犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲狅犳犲犾犲犿犲狀狋狊犻狀犫犻狅犮犺犪狉
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原料
甘蔗渣 椰子壳
温 度／℃
质 量 分 数／％
Ｃ
Ｈ
Ｎ
５００ ８５．５９ ２．８２ １．１１
１ 生物炭的基本性状
生物炭是指生物质在有限的供氧和相对的低温经热 解而产生的 富含 碳 的 产 物，其 具 有 丰 富 的 孔 隙 结 构、较大的比表面积、较高的 ｐＨ、多样化的表面官能团、碳元 素含量高 且稳定 等特 点，在土 壤改良、环 境治 理、固碳减排等农业低碳、循环和可持续发展的多个方面具有广阔的应用前景［１４］．生物炭主要含 有 碳、氢、 氧、氮等元素，植物残体生物炭 碳 含 量 普 遍 多 达 ７０％ 以 上［５］．生 物 炭 原 料 来 源 广 泛，如 植 物 残 体、动 物 粪 便、城市污泥等，不同原料、相同温度下制备的生物炭以及同种原 料，经 不 同 温 度 热 解 制 成 的 生 物 炭，其 含 有 的 各 种 元 素 含 量 ，以 及 对 重 金 属 的 吸 附 效 果 都 存 在 差 异 （表 １）．
关 键 词 ：生 物 炭 ；土 壤 ；重 金 属 ；机 理 中图分类号：Ｘ５３ 文献标志码：Ａ 文 章 编 号 ：１６７４２３２Ｘ（２０１８）０４０４０４０７
矿 山 开 采 、金 属 冶 炼 加 工 、化 工 产 业 的 快 速 发 展 ，使 工 业 废 物 产 生 的 重 金 属 不 断 进 入 环 境 ，造 成 水 污 染 和 土 壤 污 染 ．土 壤 重 金 属 不 易 被 降 解 ，能 通 过 食 物 链 进 入 人 体 ，给 人 体 健 康 造 成 伤 害 ．生 物 炭 作 为 一 种 吸 附 材 料 ，近 年 进 入 大 家 视 线 ，引 起 广 泛 关 注 ．研 究 发 现 ，其 具 有 多 种 环 境 效 应 ，可 被 用 做 吸 附 甲 醛 ，也 可 用 于 修 复土壤污染，它既能改善土壤环境，减轻土壤风险，同时 也能提高 作物产 量．生 物 炭 制 备 原 料 多 种 多 样，来 源 丰 富 ，制 备 工 艺 相 对 简 单 ，其 致 密 的 微 孔 结 构 和 较 大 的 比 表 面 积 ，丰 富 多 样 的 化 学 基 团 ，使 其 具 有 较 强 的 吸附能力，能够降低土壤中铜、锌、铅、镉、汞、砷等多种重金属 污染物 的 污 染 程 度．种 种 优 良 的 性 质 使 其 成 为一种廉价高效的土壤改良剂，在土壤重金属污染修 复 方面 具有巨大 的潜 力．已 有 不 少 研 究 表 明，生 物 炭 能 影 响 土 壤 重 金 属 的 迁 移 转 化 与 生 物 利 用 度 ，但 对 影 响 机 理 的 研 究 还 相 对 较 少 ，并 且 没 有 统 一 定 论 ．因 此 ， 生物炭对土壤重金属吸附机制与影响因素成为研究重点．
５００ ８４．４４ ２．８８ １．０２
文献来源 Ｌｅｅ等 ［６］
构，易与重 金 属 形 成 π 键 作 用，为 典 型 的 化 稻杆
５００ ８６．２８ ３．１２ ３．２５
学吸 附．暴 露 ｄ 轨 道 的 金 属，生 物 炭 表 层 结 棕榈仁壳 ５００ ８７．８５ ２．９１ １．１１
构的π电子可作为电子供体与其接触的电 树干 子受 体 发 生 ππ 电 子 作 用．李 力 等［９］研 究 树皮
生物炭对土壤重金属吸附机理研究进展
周 婷，周根娣，和苗苗
（杭州师范大学生态系统保护与恢复杭州市重点实验室，杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 ３１００３６）
摘 要：生物炭是生物质在缺氧或是无氧条件下低温热解而成的高富碳 产 物，其 精 致 的 孔 隙 结 构 与 较 大 的 比表面积，丰富的表面官能团，使其对重金属离子具有较 强 吸 附 能 力．近 年 来，生 物 炭 修 复 土 壤 重 金 属 污 染 已 成 为研究热点．文章对生物炭的性质、吸附重金属的作用机理、影响生物炭吸附的各个因素以及修复 土 壤 后 对 重 金 属 生 物 有 效 性 等 方 面 进 行 综 述 ，最 后 提 出 生 物 炭 未 来 在 修 复 土 壤 重 金 属 污 染 方 面 的 研 究 方 向 ．
污泥
３５０ ℃ 和 ７００ ℃ 产 生 的 玉 米 秸 秆 生 物 炭 对
Ｃｄ２＋ 的吸附机理时发现，阳 离 子π 作 用 可 能 是一种 主要 的 机理．阳离 子π 作用本质 很复 杂，主要取决于 生 物 炭 表 面 的 芳 香 程 度 和 金 牛粪 属的性质．生物炭 芳 香 程 度 决 定 π 共 轭 芳 香
收 稿 日 期 ：２０１６１０２２ 修 回 日 期 ：２０１８０１０９ 基 金 项 目 ：浙 江 省 科 技 厅 重 大 专 项 （２０１５Ｃ０３０１１）． 通 信 作 者 ：和 苗 苗 （１９８２— ），女 ，副 研 究 员 ，主 要 从 事 固 体 废 弃 物 资 源 化 及 其 利 用 风 险 研 究 ．Ｅｍａｉｌ：ｈｅｍｍ＠ｈｚｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ