生物炭对土壤重金属吸附机理研究进展
《2024年生物炭基功能材料开发及其对抗生素和重金属吸附性能研究》范文
《生物炭基功能材料开发及其对抗生素和重金属吸附性能研究》篇一一、引言随着人类工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，尤其是水体中的抗生素和重金属污染。
这些污染物对生态环境和人类健康构成了严重威胁。
生物炭基功能材料因其独特的物理化学性质，在污染物的去除和吸附方面表现出巨大潜力。
本文旨在研究生物炭基功能材料的开发及其对抗生素和重金属的吸附性能，为环境污染治理提供新的思路和方法。
二、生物炭基功能材料的开发2.1 材料来源与制备生物炭基功能材料主要来源于生物质资源，如农业废弃物、林业残余物等。
通过热解、碳化等工艺，将生物质转化为生物炭，再通过表面改性、负载活性组分等方法，制备出具有特定功能的生物炭基材料。
2.2 材料类型与性质根据不同的制备方法和负载的活性组分，可以制备出多种类型的生物炭基功能材料，如生物炭基吸附材料、生物炭基催化剂等。
这些材料具有比表面积大、孔隙结构发达、表面官能团丰富等优点，有利于提高对抗生素和重金属的吸附性能。
三、抗生素和重金属的吸附性能研究3.1 抗生素的吸附性能生物炭基功能材料对抗生素的吸附性能受多种因素影响，如材料的比表面积、孔隙结构、表面官能团等。
通过实验研究发现，生物炭基功能材料对多种抗生素具有良好的吸附性能，能够有效去除水体中的抗生素。
3.2 重金属的吸附性能生物炭基功能材料对重金属的吸附主要依靠其丰富的表面官能团和孔隙结构。
实验结果表明，生物炭基功能材料对多种重金属离子具有较高的吸附容量和较快的吸附速率。
此外，材料表面的官能团还可以与重金属离子发生络合、螯合等作用，进一步提高对重金属的吸附性能。
四、吸附机理探讨生物炭基功能材料对抗生素和重金属的吸附机理主要包括物理吸附、化学吸附和离子交换等。
物理吸附主要依靠材料的比表面积和孔隙结构，通过范德华力、静电引力等作用将污染物吸附在材料表面。
化学吸附则依靠材料表面的官能团与污染物发生化学反应，形成稳定的化合物。
离子交换则是材料表面的离子与污染物中的离子发生交换，从而将污染物去除。
生物炭在土壤重金属污染修复中的应用
生物炭在土壤重金属污染修复中的应用土壤重金属污染是指土壤中镉、铬、铅、汞等重金属超过一定的安全标准，对植物生长和人类健康都会造成严重影响的现象。
随着工业化和城市化的发展，土壤重金属污染已经成为世界范围内面临的一大环境问题。
针对土壤重金属污染问题，科学家们致力于寻找有效的修复方法，而生物炭则成为近年来备受关注的一种修复土壤重金属污染的材料。
本文将对生物炭在土壤重金属污染修复中的应用进行探讨。
一、生物炭的特点生物炭是指通过高温热解植物残体得到的一种碳质固体材料。
其主要特点包括孔隙率大、比表面积大、孔径均匀、化学稳定性高等。
这些特性使得生物炭成为一种理想的土壤修复材料，特别是在重金属污染土壤的修复中具有独特的优势。
生物炭的高孔隙率和大比表面积有助于吸附土壤中的重金属离子，从而降低土壤中重金属的有效性，减少其对植物的毒害作用。
生物炭本身具有良好的化学稳定性，不易分解，可以稳定地存在于土壤中，从而保持其修复效果长久。
生物炭在修复土壤重金属污染过程中起到的主要作用是吸附和固定重金属离子。
土壤中的重金属离子在接触到生物炭时，会通过化学吸附和离子交换等机制被固定在生物炭的孔隙中，从而减少其在土壤中的有效性。
生物炭中的有机功能团还可以与重金属形成配位键结合，从而降低重金属在土壤中的迁移和生物有效性。
生物炭在土壤中的存在还可以改善土壤的结构和通气性，促进土壤微生物的繁殖和活动，从而促进土壤中重金属的降解和稳定。
目前，生物炭在土壤重金属污染修复中得到了广泛的应用。
一方面，生物炭可以直接添加到重金属污染的土壤中，通过形成土壤生物炭复合物的方式，减少土壤中重金属的有效性，降低其对植物的毒害作用。
生物炭还可以作为土壤修复材料的组成部分，与其他修复材料如有机肥、硫酸盐等混合使用，以达到更好的修复效果。
生物炭还可以通过混入土壤底层、表层覆盖等方式应用到重金属污染的土壤中，发挥其修复作用。
生物炭在土壤重金属污染修复中具有重要的应用价值。
生物炭吸附重金属的机理
生物炭吸附重金属的机理生物炭是一种由生物质材料炭化而成的炭材料，具有高孔隙度和大比表面积的特点。
由于其独特的物理和化学性质，生物炭被广泛应用于环境治理领域，特别是在重金属污染物的吸附和去除方面表现出了良好的效果。
本文将介绍生物炭吸附重金属的机理。
生物炭吸附重金属的机理主要包括物理吸附、化学吸附和生物吸附三个方面。
首先，生物炭通过其高孔隙度和大比表面积实现了对重金属的物理吸附。
生物炭具有丰富的孔隙结构，包括微孔、介孔和大孔，这些孔隙可以提供大量的吸附位点，从而增加了重金属与生物炭之间的接触面积。
此外，生物炭表面还存在着丰富的官能团，如羟基、羧基和胺基等，这些官能团可以与重金属形成静电作用力、范德华力和氢键等相互作用，从而实现重金属的物理吸附。
其次，生物炭还可以通过化学吸附来去除重金属。
化学吸附是指重金属与生物炭之间发生化学反应，形成化学键而实现吸附。
生物炭表面的官能团可以与重金属形成配位键或离子键等化学键，从而将重金属离子牢固地固定在生物炭上。
此外，生物炭还可以通过阳离子交换作用来吸附重金属离子。
生物炭表面的负电荷可以与重金属离子形成静电作用力，使其被吸附在生物炭表面。
最后，生物炭还可以通过生物吸附来去除重金属。
生物吸附是指利用生物炭中的微生物来吸附和还原重金属。
微生物可以通过代谢活动将重金属离子还原为金属颗粒，并将其吸附在生物炭表面。
此外，微生物还可以通过胞外多聚物的产生来促进重金属的吸附。
这些胞外多聚物可以与重金属形成络合物，从而增加了重金属与生物炭之间的结合力。
总之，生物炭吸附重金属的机理主要包括物理吸附、化学吸附和生物吸附三个方面。
这些机理相互作用，共同作用于重金属的去除过程。
通过合理设计和利用生物炭材料，可以实现高效、经济和环境友好的重金属污染治理。
生物炭的环境吸附行为及在土壤重金属镉污染治理中的应用
生物炭的环境吸附行为及在土壤重金属镉污染治理中的应用一、本文概述本文旨在探讨生物炭的环境吸附行为及其在土壤重金属镉污染治理中的应用。
我们将概述生物炭的基本性质及其环境吸附行为的原理，包括其表面性质、官能团种类和分布以及其对不同污染物的吸附机制。
随后，我们将详细介绍生物炭在土壤重金属镉污染治理中的应用，包括其对镉的吸附效果、影响因素以及在实际应用中的可行性。
我们还将对生物炭的应用前景和潜在风险进行评估，以期为其在土壤重金属污染治理中的进一步应用提供理论支持和实践指导。
通过本文的研究，我们期望能够为生物炭在环境保护领域的应用提供新的思路和方法，同时为土壤重金属污染治理提供更为有效和环保的解决方案。
二、生物炭的吸附特性生物炭作为一种具有多孔结构和巨大比表面积的炭质材料，表现出优异的吸附性能。
其吸附特性主要源于其丰富的表面官能团（如羧基、酚羟基、内酯基等）以及多孔结构形成的微孔和大孔。
这些官能团和孔结构使得生物炭能够有效地吸附环境中的重金属离子、有机物和其他污染物。
生物炭的吸附过程通常包括物理吸附和化学吸附。
物理吸附主要依赖于生物炭的孔结构和表面积，通过范德华力等物理作用力将污染物吸附在表面。
而化学吸附则涉及到生物炭表面的官能团与污染物之间的化学反应，如离子交换、络合反应等。
这种双重吸附机制使得生物炭在多种污染物的去除中表现出良好的应用潜力。
在重金属镉的吸附中，生物炭的吸附能力受多种因素影响，包括生物炭的制备条件、表面性质、镉离子的浓度、pH值以及共存离子等。
一般来说，生物炭的吸附能力随着镉离子浓度的增加而增强，但过高的浓度可能导致吸附饱和。
pH值对生物炭吸附镉离子的影响也显著，通常在中性或弱碱性条件下，生物炭对镉离子的吸附能力较强。
共存离子则可能通过与镉离子竞争吸附位点而降低生物炭的吸附效率。
为了进一步提高生物炭对镉离子的吸附性能，研究者们通过改性、复合等方法对生物炭进行改良。
例如，利用化学试剂对生物炭进行表面修饰，引入更多的活性官能团；或将生物炭与其他吸附材料（如活性炭、膨润土等）进行复合，形成具有协同吸附效应的新型复合材料。
生物炭对土壤重金属的吸附
生物炭对土壤重金属的吸附（中铁（石家庄）设计研究院有限公司，石家庄050000）生物炭作为一种新型的吸附剂，近年来成为环境、能源等领域的关注焦点。
生物炭对水和土壤中的重金属离子具有良好的吸附去除效果。
本文将从生物炭特性、原料、制备;生物炭对重金属吸附的机理;指出其在土壤污染处理中存在的问题和具有良好的应用前景。
标签：生物炭;重金属;吸附机理;土壤污染0 前言随着工农业生产的迅猛发展，大量工业“三废”、城市生活垃圾和污泥等污染物的排放和不恰当的处置，使得重金属在土壤中不断积累，产生污染。
含重金属农药和化肥的过量使用也加重了土壤重金属的污染负荷。
因重金属污染造成的农产品安全问题和巨大经济损失，引起了国内外的极大关注。
鉴于生物炭的多孔性以及较大的比表面积，作为改良剂时可改善土壤性质并增加农业产量、作为碳汇可减轻全球气候变化和作为吸附剂消除农业污染[1]。
1 生物炭特性生物碳是由生物残体在缺氧情况下，经高温慢热解（通常<700℃）产生的一类难熔、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物[2]。
生物炭含有一定量的灰分，矿质元素如Na、K、Mg、Ca等以氧化物的形式存在于灰分中，溶于水后呈碱性。
从微观结构看，生物炭多有紧密堆积、高度扭曲的芳香片层组成，具有乱层结构表面多孔，具有较大的比表面积和较高的表面能[3]，随裂解温度升高，生物炭酸性基团减少，碱性基团增加，总官能团减少，官能团密度减少。
不同材料，不同裂解方式对生物炭的比表面积影响很大。
一般来说，随裂解温度升高，比表面积增加。
但有些材料在裂解温度达到600℃-700℃时，比表面积反而下降。
生物炭经活化后可以显著增加其比表面积。
2 生物炭的原料生物碳本着“变废为宝”的理念，多种行业中的废弃物都可以加以利用，制造成为生物炭。
植物类废弃物主要有秸秆、稻草、米壳、树枝等，这些废弃物通常含丰富的碳元素。
若直接燃烧，会产生大量的CO2，不仅造成了资源浪费，还污染了环境，因此可以将它们制成生物炭进一步利用。
《两种生物炭对铅锌矿区土壤中Pb、Cd的吸附固定研究》范文
《两种生物炭对铅锌矿区土壤中Pb、Cd的吸附固定研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展，铅锌矿区的开采与冶炼活动日益频繁，导致土壤受到重金属如Pb、Cd的严重污染。
这些重金属对生态环境和人类健康构成巨大威胁。
生物炭作为一种新兴的土壤改良材料，具有较高的比表面积和丰富的官能团，被广泛用于重金属污染土壤的修复。
本研究以两种生物炭为研究对象，探讨其对铅锌矿区土壤中Pb、Cd的吸附固定效果，为重金属污染土壤的治理提供新的思路和方法。
二、研究方法1. 生物炭制备本研究所用生物炭为两种：一种是来自农业废弃物的生物炭，另一种是来自林业废弃物的生物炭。
两种生物炭均采用高温炭化法进行制备。
2. 实验设计将铅锌矿区土壤与不同比例的两种生物炭混合，设置对照组和实验组，对各组土壤进行Pb、Cd的吸附固定实验。
实验过程中，通过改变生物炭添加量、pH值等因素，探讨生物炭对重金属吸附固定的影响。
3. 分析方法采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等手段分析生物炭的物理化学性质；利用原子吸收光谱法（AAS）测定土壤中Pb、Cd的含量；采用Langmuir等温吸附模型和Freundlich等温吸附模型分析生物炭对重金属的吸附固定效果。
三、实验结果1. 生物炭的物理化学性质两种生物炭均具有较高的比表面积和丰富的官能团，其中农业废弃物生物炭的孔隙结构更发达，而林业废弃物生物炭则具有更高的灰分含量。
2. Pb、Cd的吸附固定效果实验结果显示，两种生物炭均能显著降低土壤中Pb、Cd的含量。
在相同条件下，农业废弃物生物炭对Pb、Cd的吸附固定效果略优于林业废弃物生物炭。
随着生物炭添加量的增加，土壤中Pb、Cd的含量逐渐降低。
此外，pH值对生物炭的吸附固定效果也有影响，适宜的pH值有利于提高生物炭对重金属的吸附固定能力。
3. 吸附固定机制分析通过SEM和XRD分析发现，生物炭通过表面吸附、离子交换、沉淀等多种机制对土壤中的Pb、Cd进行吸附固定。
生物炭吸附重金属离子的研究进展
生物炭吸附重金属离子的研究进展一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展，重金属污染问题日益严重，对人类健康和生态环境构成了严重威胁。
重金属离子具有生物毒性、持久性和难以降解等特点，其在水体、土壤和大气中的累积会对生态系统产生长期的负面影响。
因此，开发高效的重金属离子去除技术成为了当前环境保护领域的研究热点。
生物炭作为一种新兴的吸附材料，因其独特的物理化学性质，如高比表面积、丰富的官能团和良好的生物相容性等，在重金属离子吸附领域展现出了巨大的应用潜力。
本文旨在对生物炭吸附重金属离子的研究进展进行综述，以期为相关领域的研究提供有益的参考和启示。
本文首先介绍了重金属离子污染的现状及危害，阐述了生物炭的来源、制备方法和表征手段。
随后，重点综述了生物炭吸附重金属离子的机理、影响因素和吸附性能评价方法。
本文还讨论了生物炭在实际应用中的优缺点及改进策略，并展望了生物炭在重金属离子吸附领域的未来发展方向。
通过对相关文献的梳理和评价，本文旨在为相关领域的研究者提供全面的信息参考，推动生物炭在重金属离子吸附领域的应用和发展。
二、生物炭的制备与表征生物炭的制备是吸附重金属离子应用中的关键步骤，其过程涉及生物质原料的选择、热解条件的优化以及炭化产物的后处理。
常用的生物质原料包括农林废弃物、水生生物以及城市有机废弃物等，这些原料具有来源广泛、可再生、环境友好等特点。
热解条件如温度、气氛和升温速率等，对生物炭的理化性质如比表面积、孔结构、表面官能团等具有显著影响。
生物炭的表征是评估其吸附性能的基础。
常用的表征手段包括扫描电子显微镜（SEM）观察其表面形貌，透射电子显微镜（TEM）分析其内部结构，比表面积和孔径分布测定仪（BET）测定其比表面积和孔结构，以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）和射线光电子能谱（PS）分析其表面官能团和化学元素组成。
这些表征手段有助于深入了解生物炭的结构和性质，从而指导其在实际应用中的优化。
近年来，随着制备技术的不断创新和表征手段的日益完善，生物炭的制备与表征研究取得了显著进展。
重金属污染土壤修复
重金属污染土壤修复生物炭对重金属污染土壤修复的研究1.土壤重金属污染现状重金属就是指比重大于5.0g/cm3的金属元素，主要包含锌（zn）、银（pb）、镉（cd）、铜（cu）、铬（cr）、镍（ni）、汞（hg）和科东俄金属砷（as）等。
近年来，随着工业化、城市化的不断发展，工业活动、矿产的采矿和炼钢、城市垃圾的处置、污水烧概、农药和化肥的不合理杀灭、机动车尾气的排放量等人类活动引致大量重金属以各种相同的形式步入土壤，引发环境质量轻微转差。
由于重金属难于在生物物质循环和能量互换中水解，土壤重金属污染不仅遏制作物生长发育，催生作物早衰，减少产量，并且还可以通过食物链的天然、传达，危害人体身心健康。
尤为轻微的就是，有害重金属在土壤系统中所产生的污染过程具备隐蔽性、长期性和不可逆性等特点,一旦有害污染物步入土壤，则极难清扫出。
随着土壤重金属污染不断激化，因土壤重金属污染导致的病原体事件频发，重金属污染土壤的复原问题逐渐引发了人们的高度关注，逐渐沦为土壤及环境领域的研究热点和难点。
目前，人类活动是造成重金属在土壤中累积的主要来源。
比如，金属矿产资源的开发利用通常会使矿区及周边地区土壤重金属含量累积；农业活动中肥料和农药的不合理施用也会造成土壤污染，以磷肥为例，由于磷矿石成分复杂，含有多种重金属，比如zn、cr、pb、cu等，在施入过程中一同被带入土矗进而在土壤中富集。
2.重金属污染土壤修复研究进展土壤重金属的生物有效性及其对环境危害程度不仅与其总量相关，还与其在土壤中的赋存形态有关。
而重金属污染土壤修复的主要技术手段是更大程度的减少土壤中重金属的总量和降低其在环境中的有效性。
根据修复手段，土壤重金属修复技术大致可以分为物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。
其中，物理修复是指通过物理手段对土壤重金属进行稀释、热挥发或者移除等，比如客土法、电热法等；化学修复是指通过外源添加修复材料或土壤自身物质改变土壤环境引起化学反应来达到治理的效果，比如淋洗法、添加改良剂等（凯迪电厂的炭化物就属改良剂的一种，属生物炭）；生物复原即为利用生物体去同时实现土壤重金属的搬迁转变，比如说微生物复原、植物复原等。
生物炭对土壤重金属污染修复研究
生物炭对土壤重金属污染修复研究【摘要】本文主要对生物炭在土壤重金属污染修复中的研究进行了探讨。
首先介绍了生物炭的性质及制备方法，接着分析了土壤重金属污染的情况和生物炭在修复中的作用机制。
然后对生物炭对不同重金属元素的修复效果进行了讨论，进一步探讨了影响生物炭修复效果的因素。
结论部分指出生物炭在土壤重金属污染修复中具有潜在的应用前景，并展望了未来研究的方向。
通过本文的综合研究，可以为解决土壤重金属污染问题提供一定的理论基础和实践指导。
【关键词】生物炭，土壤重金属污染，修复研究，性质，制备方法，作用机制，修复效果，影响因素，应用前景，研究展望1. 引言1.1 研究背景近年来，随着工业化的快速发展，土壤重金属污染问题日益严重。
重金属污染不仅影响了土壤的肥力和生态环境，还对人类健康造成了严重威胁。
研究和发展有效的土壤修复方法成为了迫在眉睫的任务。
生物炭在土壤重金属污染修复中的作用机制和效果还存在许多未知之处，需要进一步深入研究。
本文旨在系统总结生物炭在土壤重金属污染修复中的应用情况，探讨其作用机制和修复效果，为解决土壤重金属污染问题提供科学依据和技术支持。
1.2 研究目的为了解决土壤重金属污染对环境和人类健康造成的影响，本研究旨在探讨生物炭在土壤重金属污染修复中的应用效果及机制。
具体目的包括：1.分析生物炭的性质及制备方法，以确定最适合修复土壤重金属污染的生物炭种类和制备工艺；2.调研土壤重金属污染的情况，明确不同土壤类型和污染程度对修复效果的影响；3.研究生物炭在土壤重金属污染修复中的作用机制，探讨其与重金属元素的相互作用机理；4.评估生物炭对不同重金属元素的修复效果，比较不同重金属元素的吸附与还原能力；5.探讨影响生物炭修复效果的因素，包括生物炭用量、土壤pH、温度、湿度等因素的影响；6.展望生物炭在土壤重金属污染修复中的应用前景，提出未来研究方向，为环境保护和人类健康提供科学依据。
2. 正文2.1 生物炭的性质及制备方法生物炭是一种碳质材料，具有多孔、高比表面积、负电性等特点。
生物炭吸附废水中重金属离子的研究进展
生物炭吸附废水中重金属离子的研究进展生物炭（biochar）是一种由生物质材料经过干燥、高温热解或炭化而制得的碳质产物。
由于其特殊的孔隙结构和化学性质，生物炭被广泛应用于吸附废水中的重金属离子。
本文将探讨生物炭在吸附废水中重金属离子方面的研究进展。
首先，生物炭的制备方法与性质对其吸附性能具有重要影响。
制备生物炭的原料种类、炭化温度和时间等因素会影响生物炭的孔隙结构和表面化学官能团的含量。
较高的炭化温度和时间能够使生物炭具有更多的微孔和介孔，提高其特定表面积和孔容，增加重金属离子的吸附位点。
此外，生物炭的表面官能团（如羟基、羧基和胺基等）也对重金属离子的吸附具有重要影响。
这些官能团能够与重金属离子形成氢键、配位键等化学键，增加吸附能力。
其次，生物炭对重金属离子的吸附行为受多个因素的制约。
pH值是影响重金属离子吸附的重要因素之一。
通常情况下，生物炭对重金属离子的吸附能力在酸性环境中较高，而在碱性环境中较低。
这是由于酸性环境下，生物炭表面官能团的负离荷有利于重金属离子的吸附。
此外，重金属离子的浓度、离子尺寸和电荷状态等也会影响生物炭对其吸附能力。
第三，各类生物炭对不同重金属离子的吸附能力存在差异。
研究表明，不同原料制备的生物炭对不同重金属离子的吸附能力存在显著差异。
例如，高炭化温度制备的生物炭更适合吸附铅离子，而较低炭化温度制备的生物炭则对镉离子的吸附效果较好。
此外，杏仁壳生物炭对铜离子的吸附性能更为突出，而竹炭则对镍离子的吸附效果较好。
因此，在实际应用中，应根据废水中重金属离子的特性选择合适的生物炭。
最后，生物炭的再生与废弃物资源化也是当前研究的热点。
当生物炭饱和吸附重金属离子后，可以采用各种方法对其进行再生，如酸碱洗法、电解法和生物修复等。
这不仅能够提高生物炭的重复利用率，还能够回收废弃物中的重金属离子。
因此，生物炭的研究不仅有助于净化废水，还具有环境保护和资源回收的双重效益。
综上所述，生物炭作为一种新型的吸附材料，在废水处理中具有良好的应用前景。
生物炭在修复污染农田土壤中的应用
生物炭在修复污染农田土壤中的应用在土壤治理与修复中，重金属原位钝化法是一种切实有效的修复手段。
生物炭是由农业有机废弃物通过高温热解得到的一类富含碳的高聚物。
由于其特殊的理化性质，对土壤重金属表现出较好的钝化效果。
本文综述了生物炭钝化治理的研究现状，总结了生物炭对重金属的钝化机理，深化研究了土壤环境因素对生物炭性能和产量的影响，为生物炭的大规模实际生产应用提供新思路。
1、研究现状1.1、我国农田土壤镉污染研究现状土壤形成于成土母质，而成土母质中的镉(Cd)含量并不高。
自然条件下，土壤中Cd浓度范围在0.01～2mg·kg-1，而我国土壤背景值处在中位，约为0.1mg·kg-1[1]。
当前，随着经济社会的高速发展和工农业生产建设活动的日益频繁，电镀、制革等工业废水排放、农田污水的漫灌以及冶炼、尾矿等废弃地的增加等带来的土壤重金属污染问题愈发严重。
环保部官方报道，我国约有1/5的土地耕地面积受到不同程度污染，其中Cd为主要污染物之一。
土壤污染已严重威胁到国家粮食安全，通过食物链传递，污染物进入人体，对国民健康产生巨大危害[2]。
1.2、 Cd污染农田土壤的治理技术研究现状重金属在污染土壤中隐蔽性好，往往不易被人及时发现;时效长，被植物吸收富集累积到一定程度时，才会被人们发现;并且具有不可逆性，无法被土壤中的微生物降解，也难从土壤中分离。
目前，重金属污染土壤的修复技术可以归纳为2种技术思路。
1.2.1 、超累积植物修复技术该技术是利用植物对土壤中重金属进行迁移修复，选择一种或多种对目标污染物具有很强的吸收富集能力的功能植物，将其种在被污染土壤中进行培养，土壤中的重金属会迁移至植物的地上部分，生长一定时间后，地上部分进行收割处理，可以连续种植收割多茬，最终达到修复污染土壤的目的。
该技术适用于治理和修复中低浓度污染土壤，是一种绿色、可持续的治理技术[3]。
但是一般情况下，超累积植物生长速度慢，土壤中重金属的生物可利用态含量低，修复周期长，其成本以及植物收割后的后续处置风险等还未进行系统评估。
《生物炭改性及其对铬(Ⅵ)污染土壤的吸附效应》
《生物炭改性及其对铬（Ⅵ）污染土壤的吸附效应》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，重金属污染已成为当前全球范围内面临的严重环境问题之一。
其中，铬（Ⅵ）因其高毒性和持久性，对土壤环境和人类健康构成了巨大威胁。
生物炭作为一种新型的环境友好型材料，因其多孔结构和良好的吸附性能，在重金属污染土壤的修复中显示出巨大的潜力。
本文旨在研究生物炭的改性方法及其对铬（Ⅵ）污染土壤的吸附效应，以期为重金属污染土壤的修复提供新的思路和方法。
二、生物炭的改性方法1. 材料与设备生物炭制备材料主要选取自农业废弃物，如稻草、玉米秸秆等。
改性过程中所使用的设备包括高温炭化炉、球磨机等。
2. 改性方法生物炭的改性主要包括物理改性和化学改性。
物理改性主要通过高温炭化、活化等手段提高生物炭的比表面积和孔隙结构；化学改性则是通过引入官能团或与其他材料复合，增强生物炭的吸附性能。
三、生物炭对铬（Ⅵ）污染土壤的吸附效应1. 实验方法采用批量吸附实验，将改性后的生物炭与铬（Ⅵ）污染土壤混合，测定不同条件下的吸附效果。
2. 结果与讨论（1）物理改性对吸附效果的影响：实验结果表明，经过高温炭化和活化处理的生物炭，其比表面积和孔隙结构得到显著提高，对铬（Ⅵ）的吸附能力也有明显增强。
这主要是由于生物炭的高比表面积和丰富的孔隙结构为其提供了大量的吸附位点。
（2）化学改性对吸附效果的影响：通过引入官能团或与其他材料复合的化学改性方法，可以进一步提高生物炭对铬（Ⅵ）的吸附能力。
这主要是因为改性过程中引入的官能团与铬（Ⅵ）发生络合反应，增强了生物炭对铬（Ⅵ）的亲和力。
同时，与其他材料的复合也提高了生物炭的稳定性和吸附性能。
（3）影响因素分析：吸附效果受pH值、温度、生物炭用量等因素的影响。
在适当的pH值和温度条件下，增加生物炭的用量可以显著提高对铬（Ⅵ）的吸附效果。
此外，不同种类的生物炭对铬（Ⅵ）的吸附能力也存在差异，这与其自身的物理化学性质有关。
生物炭老化及其对重金属吸附的影响机制
生物炭老化及其对重金属吸附的影响机制生物炭的老化及其对重金属吸附的影响机制生物炭，指以生物材料如植物、动物畜产品、无机添加物等为原料，经高温煅烧而成的具有多孔结构的碳质材料。
可以用来处理污水中有毒有害物质、病原微生物和重金属元素等，可以消除水体中的污染物，这是由其具有的多孔结构和高比表面积之所以起的作用。
随着生物炭的使用，它们经历着老化的过程。
这种老化过程会对生物炭的物理性质和化学性质造成影响，包括颗粒形状、结构、气体吸附能力、表面形态、内部吸附/渗透性能、活性组分和稳定性等。
这些性质变化会影响生物炭对污染物吸附机制，从而影响生物炭的除污能力。
而生物炭老化对重金属吸附也有重要影响。
污水中的重金属离子首先会附着到生物炭表面的静电容量的位置，包括铝、硫酸根离子、水酸根离子、聚羟基醛和其他有机物，然后紧随其后的是表面活性基团，直到其他物质和饱和物质达到空间最终饱和，这些重金属离子才能完全与生物炭表面结合。
而生物炭老化会影响表面形态、气体吸附能力、静电容量和活性比表面等，会造成表面结合性能的降低，从而影响重金属离子的吸附，从而影响生物炭的除污能力。
此外，生物炭老化也会影响生物炭的稳定性，从而影响生物炭的可用性。
生物炭被从水中提取出来、碱性烧结后产生的有机物易受湿气和高温性腐蚀，当生物炭老化时，它们在几十摄氏度高温下产生大量热反应，产生硫酸根离子、硝酸根离子等，从而破坏生物炭的形态和结构，影响生物炭的颗粒大小和稳定性，大大降低生物炭处理污水的效果。
鉴于以上原因，防止生物炭老化对于提高生物炭处理污水效果很重要。
目前，人们通过加入高效双氧水或氯化钠等非离子表面活性剂及碳酸钙等结构稳定剂，增加生物炭之间结合力和稳定性，达到提高生物炭处理污水效能，延长生物炭的使用寿命的目的。
生物炭吸附有机污染物的研究进展
生物炭吸附有机污染物的研究进展一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展，有机污染物的排放问题日益严重，给生态环境和人类健康带来了巨大威胁。
生物炭作为一种具有多孔性、高比表面积和良好吸附性能的材料，近年来在有机污染物吸附领域受到了广泛关注。
本文旨在全面综述生物炭吸附有机污染物的最新研究进展，分析生物炭的制备方法、改性技术及其在吸附有机污染物方面的应用效果，探讨生物炭吸附有机污染物的机理和影响因素，以期为生物炭在环境污染治理中的实际应用提供理论支持和技术指导。
本文首先介绍了生物炭的基本概念、制备方法和改性技术，包括热解、气化、水热碳化等制备方法以及物理、化学和生物改性技术。
随后，重点综述了生物炭在吸附有机污染物方面的应用效果，包括吸附容量、吸附速率、吸附选择性等方面的研究进展。
本文还深入探讨了生物炭吸附有机污染物的机理，包括吸附平衡、吸附动力学、吸附热力学等方面，分析了影响生物炭吸附性能的因素，如生物炭的性质、有机污染物的性质、环境条件等。
本文总结了生物炭吸附有机污染物的优势和局限性，展望了生物炭在环境污染治理领域的发展前景，提出了未来研究的方向和建议。
通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考和借鉴，推动生物炭在有机污染物吸附领域的研究和应用。
二、生物炭的制备方法与表征生物炭的制备方法多种多样，主要包括热解、气化、水热炭化等。
其中，热解法因其操作简单、炭化效率高等优点而被广泛应用。
热解过程中，生物质在缺氧或无氧环境下经过加热，发生一系列复杂的物理化学变化，如挥发分的释放、焦油的生成和聚合、以及炭的缩聚等，最终生成生物炭。
生物质来源的多样性导致了生物炭性质的差异，因此，选择合适的生物质原料对生物炭的性能至关重要。
生物炭的表征主要包括物理性质、化学性质和表面结构等方面。
物理性质如比表面积、孔结构、粒径分布等，这些性质直接影响生物炭的吸附性能。
化学性质如元素组成、表面官能团、灰分含量等，这些性质决定了生物炭的化学稳定性和反应活性。
生物炭对土壤重金属形态影响的研究进展
生物炭对土壤重金属形态影响的研究进展作者：张平屠娟丽黄超群来源：《绿色科技》2017年第08期摘要：指出了作为一种新型的吸附剂，生物炭具有良好的结构基础、较大的比表面积以及吸附力，近年来成为环境、能源等领域的关注热点。
通过介绍重金属在土壤中的赋存形态，概述了生物炭与土壤的相互作用，包括其在改变土壤pH值、有机质含量、阳离子交换量和氧化还原电位等方面的环境效应，分析了这些效应与土壤重金属形态有效性的关系，展望了生物炭对污染土壤修复的研究方向，以期为生物炭技术的应用和推广提供参考。
关键词：生物炭；土壤；重金属；修复中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：16749944（2017）80102031引言土壤重金属污染是由于人类活动导致土壤中重金属含量升高，超出正常范围，造成土壤质量退化与环境恶化的现象。
汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的元素被称为重金属污染中的“五毒” [1]，它们通过不同的途径进入环境中，即使浓度很小，也可在生物体内积累，产生食物链浓缩，危害人类的身体健康。
目前，我国不少地区都遭受着重金属污染的危害，其对粮食作物产生不良影响，时常发生农产品重金属超标事件，国内外都在积极研究有效的重金属污染修复方法，国内外常用的方法有物理修复、化学修复、生物修复、农艺措施修复等 [2]。
利用生物炭作为改良剂，施入污染土壤中，改变土壤的理化性质，属于化学修复方法。
生物炭是生物质在供氧不足条件下发生不完全燃烧热裂解后所形成的产物[3]。
目前已有研究证明，生物炭有良好的结构基础、较大的比表面积以及吸附力，因此它是一种良好化学钝化修复剂，可用于土壤重金属污染修复。
通过吸附、沉淀、络合、离子交换等一系列反应[4]，使有效态重金属向稳定化形态转化，降低重金属的有效性，修复污染土壤。
2土壤中的重金属赋存形态土壤中重金属的生物有效性不同，对植物的毒害和对环境的污染程度也有所不同，它们与重金属元素在土壤中存在的形态和含量有关 [5]。
生物炭修复重金属污染土壤研究进展
生物炭修复重金属污染土壤研究进展司马小峰，孟玉，沈贤城，李堃，于鹏㊀（安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽合肥２３００５１）摘要㊀作为一种经济有效的土壤原位修复材料，生物炭可以通过对土壤重金属的固定与转化，降低重金属的生物有效性㊂生物炭与植物㊁动物㊁微生物或其他类型材料联合使用对重金属污染土壤进行修复，不仅能提高污染的修复效率，还能增强污染修复效果的稳定性㊂探讨了生物炭单一修复对土壤理化性质及土壤重金属的影响，并综述了生物炭与其他技术联合修复重金属污染土壤相关的研究进展，展望了未来的研究趋势㊂关键词㊀生物炭；重金属；污染土壤；联合技术；原位修复中图分类号㊀Ｘ５３㊀㊀文献标识码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀０５１７－６６１１（２０２２）１２－００３１－０３ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２２．１２．００７㊀㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＢｉｏｃｈａｒＲｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌＣｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄＳｏｉｌＳＩＭＡＸｉａｏ⁃ｆｅｎｇ，ＭＥＮＧＹｕ，ＳＨＥＮＸｉａｎ⁃ｃｈｅｎｇｅｔａｌ㊀（ＡｎｈｕｉＵｒｂａｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｆｅｉ，Ａｎｈｕｉ２３００５１）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ａｓａｎｅｃｏｎｏｍｉｃａｌａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｏｉｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ，ｂｉｏｃｈａｒｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｔｈｒｏｕｇｈｆｉｘａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｎｓｏｉｌ．Ｂｉｏｃｈａｒｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｐｌａｎｔ，ａｎｉｍａｌｓ，ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｏｒｏｔｈｅｒｔｙｐｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｉｍ⁃ｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｂｕｔａｌｓｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｓｉｎｇｌｅｏｎｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｉｔｓｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗａｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｂｉｏｃｈａｒ；Ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ；Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ；Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｉｎ⁃ｓｉｔｕｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ作者简介㊀司马小峰（１９８６ ），男，湖北公安人，高级工程师，博士，从事重金属污染土壤原位修复研究㊂收稿日期㊀２０２２－０１－１１㊀㊀随着矿产开采㊁金属冶炼㊁化工生产㊁污水灌溉等人类生产活动的进行，土壤重金属污染日益严重㊂据２０１４年发布的‘全国土壤污染状况调查公报“公开数据，全国土壤总的点位超标率为１６．１％，主要污染物为无机污染物，其中镉㊁汞㊁砷㊁铜㊁铅㊁铬㊁锌㊁镍８种重金属超标率分别为７．０％㊁１．６％㊁２．７％㊁２．１％㊁１．５％㊁１．１％㊁０．９％㊁４．８％［１］㊂重金属污染不仅会降低土壤肥力及作物产量，而且会通过生物积聚㊁生物放大作用威胁人类健康，并破坏生态环境［２］，所以，解决土壤的重金属污染问题刻不容缓㊂近年来，生物炭的炭封存效应引起了广泛关注，同时生物炭也开始用于土壤污染修复，其孔隙率高㊁比表面积大等特点，使其有极强的吸附能力，能够降低土壤中重金属生物毒性［３］，且生物炭制备来源广泛，制备方式简单，在土壤污染修复方面具有巨大潜力㊂１㊀生物炭修复技术生物炭是生物质（如木头㊁粪便㊁树叶等）在缺氧或限氧且相对低温（＜７００ħ）条件下加热制得的富含碳的固体残渣［４］㊂生物炭主要成分是烷基和芳香结构，组成元素主要为Ｃ㊁Ｈ㊁Ｏ等，且含有Ｎ㊁Ｐ㊁Ｋ等植物生长所需的营养物质，具有较高的ｐＨ和阳离子交换能力，可以改善土壤肥力㊁促进作物生长㊂另外，生物炭颗粒具有大量微孔结构和丰富的含氧官能团，从而降低土壤重金属的迁移性和生物有效性，因此，利用生物炭修复土壤重金属污染得到了越来越多的关注［５－６］㊂１．１㊀对重金属的吸附固定作用㊀生物炭对土壤中重金属的吸附固定机理比较复杂㊂部分学者认为生物炭对重金属以物理吸附为主，由于生物炭具有高比表面积和多孔结构，重金属离子会被吸附至生物炭表面或扩散进入孔隙内［７］㊂Ｂｅｅｓｌｅｙ等［８］也认为生物炭降低Ａｓ㊁Ｃｄ和Ｚｎ等重金属离子的迁移和生物有效性主要依靠物理吸附，这种物理吸附主要源于分子间力，故这种吸附可能是可逆的［７］㊂相关研究发现［９］，低温热解制备的生物炭对重金属离子的固定主要依靠静电作用，这主要是由于低温条件热解制备的生物炭表面有更多含氧官能团，使其带有更多的负电荷，通过静电吸引力降低了重金属离子的移动性㊂沉淀作用也是生物炭固定重金属的重要机理，生物炭的ｐＨ普遍较高，在土壤中会促进重金属离子生成金属氢氧化物㊁金属磷酸盐或碳酸盐沉淀㊂Ｊｉａｎｇ等［１０］发现加入稻秸秆生物炭使土壤ｐＨ上升，土壤生成氢氧化物沉淀，且生物炭对氢氧化物的吸附力更大，进一步降低了土壤中的重金属移动性㊂Ｃａｏ等［１１］也通过ＸＲＤ和ＦＴＩＲ表征方式证明了乳制品生物炭对土壤中Ｐｂ去除主要是由于生成磷酸盐与碳酸盐沉淀，且沉淀在总吸附作用中占比达到８４％ ８７％㊂此外，生物炭表面含氧官能团也能通过离子交换和络合作用参与重金属离子的吸附固定［１２－１３］㊂１．２㊀改变土壤性质与环境㊀生物炭在土壤中不仅可以直接与重金属离子发生反应，还可以通过改变土壤的生物化学性质影响土壤重金属的迁移性与生物有效性㊂生物炭的添加主要会影响土壤ｐＨ㊁有机质㊁阳离子交换量（ＣＥＣ）㊁持水能力及微生物群落等㊂生物炭含有的碱性物质会导致土壤ｐＨ升高，降低酸可提取态重金属的含量，进而降低其生物有效性［１４］㊂生物炭含有的矿物质会导致土壤阳离子交换容量升高，从而提高其对重金属的静电作用，更容易发生络合，促进重金属在土壤中的吸附［１５－１６］㊂大量研究表明，生物炭的添加会提高土壤有机质含量［１７－１８］，其表面官能团会与重金属形成金属络（螯）合物，从而影响重金属在土壤中的迁移［１９］㊂生物炭添加还会导致土壤可溶性磷含量提高，与Ｃｄ㊁Ｐｂ㊁Ｚｎ等重金属形成磷酸盐难溶性物质，促进对重金属的固定［２０］㊂安徽农业科学，Ｊ．ＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃ．Ｓｃｉ．２０２２，５０（１２）：３１－３３㊀㊀㊀２㊀生物炭联合修复技术单一使用生物炭修复土壤存在一定的局限性，所以生物炭的联合修复逐渐兴起，将生物炭与植物㊁微生物㊁动物和其他添加物联合使用，可降低土壤重金属的生物有效性，缩短重金属污染土壤的修复周期㊂２．１㊀生物炭与植物联合使用㊀植物修复技术是指利用植物生长特性对土壤重金属进行吸收和富集，并通过收割植物实现土壤重金属的转移㊂该技术具有治理成本低㊁土壤微生态影响小等优点，但是存在修复周期长㊁适应性弱及重金属植物毒害影响等局限性㊂生物炭的添加不仅对土壤重金属有一定的钝化作用，而且可以提高土壤肥力㊁改善土壤结构，缓解重金属对植物生长的毒害㊂生物炭与植物修复联合用于土壤重金属修复时，生物炭不仅能通过吸附固定作用降低重金属的生物有效性，缓解重金属对植物的毒性，还能提供营养物质促进植物生长，从而有效修复土壤重金属㊂王玺洋等［２１］研究了稻秆炭与巨菌草联合修复铜㊁镉复合污染土壤，发现稻秆生物炭的施用不仅提高了巨菌草的成活率和其地上部分的生物量，也提升了巨菌草的地上部分对Ｃｕ㊁Ｃｄ的富集量，土壤有效态Ｃｕ㊁Ｃｄ含量显著降低㊂董双快等［２２］的研究也表明，土壤中过高浓度的Ｃｄ和Ｐｂ会抑制苏丹草的生长，而生物炭的添加能缓解这种抑制作用，并促进土壤对Ｃｄ和Ｐｂ的固持能力㊂然而，有研究发现这种协同促进作用与生物炭的添加量相关，刘蕾等［２３］发现采用麦秸秆生物炭㊁玉米秸秆生物炭和黑麦草联合修复镉污染土壤时，生物炭的添加可以提高黑麦草对土壤中镉的吸收效果，但过量添加反而会使镉固定在土壤中，这与笔者前期的相关研究结论类似［２４］㊂２．２㊀生物炭－微生物联合修复技术㊀在重金属污染土壤中，部分微生物可以分泌一些特殊蛋白与重金属生成螯合物，或通过铁载体络合作用降低重金属的生物毒性，从而实现重金属污染土壤的修复［２５］㊂然而，游离微生物在污染土壤中极易遭受不良环境的影响，导致修复效果不佳，生物炭表面的孔隙结构可能成为微生物的庇护所，添加至土壤中能改善土壤的通气条件㊁ｐＨ和保水能力，并提高土壤矿物质和有机物等含量，进而改善微生物栖息环境，促进土壤微生物丰度和数量的增加［２６－２７］㊂任晓斌等［２８］通过室内盆栽试验探究了光合细菌和生物炭对土壤铬污染的修复效果，修复３０ｄ后，联合修复后土壤中铬的生物可利用性较单一光合细菌和生物炭修复分别降低了８．０３％和９．１１％，土壤中的过氧化氢酶㊁脲酶㊁转化酶和碱性磷酸酶活性均显著增高，极大地促进了铬胁迫下小白菜植株生长，同时还大幅度降低了小白菜根系及地上部分的铬含量㊂龚诚君等［２９］研究发现，产吲哚乙酸菌与生物炭联合修复Ｎｉ和Ｃｄ污染土壤效果较好，土壤中重金属有效态的固定能力高于二者单独修复，小白菜的生长鲜重为３８．９４ｇ，也远高于二者单独修复的９．９７ｇ和５．８６ｇ，这可能是生物炭缓解了Ｃｄ㊁Ｎｉ对菌株的毒害作用，同时，其孔隙结构和营养元素为菌株生长提供了良好的环境，进而使得产吲哚乙酸菌保持较高的活性㊂李琋等［３０］利用生物炭负载微生物修复石油烃－镉复合污染土壤的试验也得到了相似结论，生物炭固定化微生物使土壤中的可交换态镉含量显著降低，且明显低于单独添加生物炭和游离微生物，此外，固定化微生物可显著增加土壤细菌数量㊁土壤脱氢酶活性㊁过氧化氢酶活性以及多酚氧化酶活性㊂Ｚｈａｎｇ等［３１］研究了内生菌㊁生物炭和植物３种方式协同强化固定化修复镉污染土壤，他们发现３种方式联合使用具有显著的植物促生效果，能显著降低土壤镉含量及有效态含量㊂２．３㊀生物炭－动物联合修复技术㊀目前，生物炭与动物联合修复技术主要为蚯蚓相关的研究㊂蚯蚓广泛存在于土壤中，是典型的无脊椎动物，其体内含有的微生物能增加土壤微生物量，并提高重金属的生物有效性［３２］㊂苏倩倩等［３３－３４］研究发现，蚯蚓与生物炭联合修复后，土壤的水溶态Ａｓ含量明显低于蚯蚓或生物炭单独修复，蚯蚓的引入增加了变形菌门的相对丰度，而变形菌门与土壤水溶态Ａｓ含量呈显著负相关，即变形菌门可能参与了土壤Ａｓ的转化与固定，此外，生物炭添加后蚯蚓体内富集的Ａｓ含量显著增加，且蚯蚓存活率没有明显变化㊂２．４㊀生物炭－其他材料联合修复技术㊀近年来有研究人员开始将生物炭与其他材料联合用于土壤重金属修复㊂余红等［３５］将生物炭和堆肥产品联合用于土壤汞污染修复，结果显示，生物炭和堆肥产品联合修复时，汞的生物有效性下降６１．８％，明显优于生物炭或堆肥产品单独施用的修复效果，发现堆肥过程促进了生物炭表面活性基团的形成，同时生物炭促进了堆肥过程中腐殖质的形成，而腐殖质通过阳离子交换㊁吸附㊁形成配位化合物等方式进一步改变重金属的赋存形态［３６］㊂赵首萍等［３７］研究发现，石灰与生物炭联合使用对土壤镉有效态的降低发挥了叠加作用，对土壤理化性质的改善作用明显优于石灰或生物炭单独使用，并大幅度降低水稻中Ｃｄ含量㊂肖亮亮等［３８］研究发现，麦饭石的添加也能促进生物炭的修复效果，二者联合施用后，Ｃｄ的弱酸提取态显著降低，残渣态明显增加，主要原因是麦饭石在短时间提高了土壤ｐＨ，与生物炭提供的有机质共同作用促进了土壤重金属的吸附固定与沉淀作用㊂３㊀展望生物炭原位修复具有良好的生态和经济效益，但是单一的生物炭修复存在局限性，针对生物炭修复存在的问题，目前已有较多生物炭相关的联合技术研究，在一定程度上提高了修复效率，但仍然存在各种问题㊂如何进一步改善生物炭修复效果，提高修复效率，可以从以下几个方面进一步深入研究㊂①生物炭可以降低土壤重金属的生物有效性，但存在活化形成二次污染的风险，通过超富集植物可将重金属富集而从土壤移除，且经济环保，具有较好应用前景㊂但是需要进一步寻找生长周期短㊁环境适应能力强㊁且对多种重金属富集效率高的超富集植物㊂②将生物炭修复与植物㊁转基因㊁微生物㊁农艺措施等相结合，进一步提高重金属修复效率㊂③改性生物炭在土壤重金属修复方面相关研究也较多，２３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２２年未来可考虑针对与其他技术联合修复进行定向改性研究㊂④目前大部分的试验仍在实验室或小型田间进行，大规模田间试验将是后续研究的重点方向㊂参考文献［１］环境保护部，国土资源部．全国土壤污染状况调查公报［Ｒ］．２０１４．［２］李富荣，王琳清，李文英，等．水芹对重金属的吸收累积及其应用研究进展［Ｊ］．生态环境学报，２０２１，３０（１２）：２４２３－２４３０．［３］常春英，曹浩轩，陶亮，等．固化／稳定化修复后土壤重金属稳定性及再活化研究进展［Ｊ］．土壤，２０２１，５３（４）：６８２－６９１．［４］ＬＥＨＭＡＮＮＪ，ＪＯＳＥＰＨＳ．Ｂｉｏｃｈａｒｆｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ［Ｍ］．２ｎｄｅｄ．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｒｏｕｔｌｅｄｇｅ，２０１５．［５］鲁秀国，过依婷，奉向东．生物炭对土壤中重金属作用及影响研究进展［Ｊ］．应用化工，２０１８，４７（４）：７７５－７７９．［６］兰玉顺，刘维娜，王丹，等．施用典型有机固废生物炭对土壤重金属生物有效性的影响［Ｊ］．环境工程学报，２０２１，１５（８）：２７０１－２７１０．［７］王宏胜，唐朝生，巩学鹏，等．生物炭修复重金属污染土研究进展［Ｊ］．工程地质学报，２０１８，２６（４）：１０６４－１０７７．［８］ＢＥＥＳＬＥＹＬ，ＩＮＮＥＨＯＳ，ＮＯＲＴＯＮＧＪ，ｅｔａｌ．Ａｓｓｅｓｓｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏｍｐｏｓｔａｎｄｂｉｏｃｈａｒａｍｅｎｄｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｍｏｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｏｘｉｃｉｔｙｏｆｍｅｔａｌｓａｎｄａｒｓｅｎｉｃｉｎａｎａｔｕｒａｌｌｙｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｍｉｎｅｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕ⁃ｔｉｏｎ，２０１４，１８６：１９５－２０２．［９］贾明云，王芳，卞永荣，等．秸秆生物质炭吸附溶液中Ｃｕ２＋的影响因素研究［Ｊ］．土壤，２０１４，４６（３）：４８９－４９７．［１０］ＪＩＡＮＧＪ，ＸＵＲＫ，ＪＩＡＮＧＴＹ，ｅｔａｌ．ＩｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｕ（ＩＩ），Ｐｂ（ＩＩ）ａｎｄＣｄ（ＩＩ）ｂｙｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｒｉｃｅｓｔｒａｗｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｔｏａｓｉｍｕｌａｔｅｄｐｏｌｌｕ⁃ｔｅｄＵｌｔｉｓｏｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，２２９／２３０：１４５－１５０．［１１］ＣＡＯＸＤ，ＭＡＬＮ，ＧＡＯＢ，ｅｔａｌ．Ｄａｉｒｙ⁃ｍａｎｕｒｅｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｅｆｆｅｃｔｉｖｅ⁃ｌｙｓｏｒｂｓｌｅａｄａｎｄａｔｒａｚｉｎｅ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，４３（９）：３２８５－３２９１．［１２］ＤＯＮＧＸＬ，ＭＡＬＱ，ＺＨＵＹＪ，ｅｔａｌ．ＭｅｃｈａｎｉｓｔｉｃｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｍｅｒｃｕｒｙｓｏｒｐｔｉｏｎｂｙＢｒａｚｉｌｉａｎｐｅｐｐｅｒｂｉｏｃｈａｒｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｙｒｏｌｙｔｉｃｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｂａｓｅｄｏｎＸ⁃ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｆｌｏｗｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ［Ｊ］．Ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，４７（２１）：１２１５６－１２１６４．［１３］ＳＵＮＪＫ，ＬＩＡＮＦ，ＬＩＵＺＱ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｃｈａｒｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｖａｒｉｏｕｓｃｒｏｐｓｔｒａｗｓ：ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄＣｄ（ＩＩ）ｒｅｍｏｖａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌ［Ｊ］．Ｅｃｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ＆ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓａｆｅｔｙ，２０１４，１０６（２）：２２６－２３１．［１４］李江遐，吴林春，张军，等．生物炭修复土壤重金属污染的研究进展［Ｊ］．生态环境学报，２０１５，２４（１２）：２０７５－２０８１．［１５］杨惟薇，张超兰，曹美珠，等．４种生物炭对镉污染潮土钝化修复效果研究［Ｊ］．水土保持学报，２０１５，２９（１）：２３９－２４３．［１６］张迪，胡学玉，柯跃进，等．生物炭对城郊农业土壤镉有效性及镉形态的影响［Ｊ］．环境科学与技术，２０１６，３９（４）：８８－９４．［１７］ＳＭＥＢＹＥＡ，ＡＬＬＩＮＧＶ，ＶＯＧＴＲＤ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｃｈａｒａｍｅｎｄｍｅｎｔｔｏｓｏｉｌｃｈａｎｇｅｓｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏ⁃ｓｐｈｅｒｅ，２０１６，１４２：１００－１０５．［１８］张华纬，甄华杨，岳士忠，等．水稻秸秆生物炭对污染土壤中镉生物有效性的影响［Ｊ］．生态环境学报，２０１７，２６（６）：１０６８－１０７４．［１９］曹人升，范明毅，黄先飞，等．金沙燃煤电厂周围土壤有机质与重金属分析［Ｊ］．环境化学，２０１７，３６（２）：３９７－４０７．［２０］牛晓丛，何益，金晓丹，等．酵素渣和秸秆生物炭钝化修复重金属污染土壤［Ｊ］．环境工程，２０１８，３６（１０）：１１８－１２３．［２１］王玺洋，辛在军，李晓晖，等．稻秆炭与巨菌草联合对铜镉污染土壤的修复［Ｊ］．农业环境科学学报，２０２１，４０（１）：７４－８２．［２２］董双快，朱新萍，梁胜君，等．添加生物炭对苏丹草修复Ｃｄ㊁Ｐｂ污染土壤的影响［Ｊ］．新疆农业大学学报，２０１６，３９（３）：２３３－２３８．［２３］刘蕾，王淑晴，黄子玲，等．生物炭联合黑麦草修复镉污染土壤研究［Ｊ］．河南工程学院学报（自然科学版），２０２１，３３（１）：４３－４７，５３．［２４］司马小峰，孟玉，吴东彪，等．生物炭－超富集植物联合修复镉污染土壤的研究［Ｊ］．安徽农业科学，２０２１，４９（６）：８０－８４．［２５］杨雍康，药栋，李博，等．微生物群落在修复重金属污染土壤过程中的作用［Ｊ］．江苏农业学报，２０２０，３６（５）：１３２２－１３３１．［２６］ＺＨＥＮＧＨ，ＷＡＮＧＸ，ＬＵＯＸＸ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｃｈａｒ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｎｅｇａｔｉｖｅｃａｒｂｏｎｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｉｍｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｉｎａｃｏａｓｔａｌｗｅｔｌａｎｄｓｏｉｌ：Ｒｏｌｅｓｏｆｓｏｉｌａｇ⁃ｇｒｅｇａｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１８，６１０／６１１：９５１－９６０．［２７］ＹＵＡＮＰ，ＷＡＮＧＪＱ，ＰＡＮＹＪ，ｅｔａｌ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｂｉｏｃｈａｒｆｏｒｔｈｅｍａｎａｇｅ⁃ｍｅｎｔｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ：Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔ［Ｊ］．Ｓｃｉ⁃ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，６５９：４７３－４９０．［２８］任晓斌，白红娟，卫燕红，等．光合细菌和生物炭对污染土壤中铬的稳定化效果及小白菜生长的影响［Ｊ］．农业环境科学学报，２０２１，４０（１０）：２１４１－２１４９．［２９］龚诚君，周昕霏，杨昳，等．产ＩＡＡ菌与生物炭对镍和镉复合污染土壤的修复［Ｊ］．环境科学与技术，２０２１，４４（５）：１４０－１４７．［３０］李琋，王雅璇，罗廷，等．利用生物炭负载微生物修复石油烃－镉复合污染土壤［Ｊ］．环境工程学报，２０２１，１５（２）：６７７－６８７．［３１］ＺＨＡＮＧＸ，ＹＵＪＬ，ＨＵＡＮＧＺＬ，ｅｔａｌ．ＥｎｈａｎｃｅｄＣｄｐｈｙｔｏｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅｂａｃｔｅｒｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＲｏｂｉｎｉａｐｓｅｕｄｏａｃａｃｉａＬ．ｂｙｅｎｄｏ⁃ｐｈｙｔｅＥｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｓｐ．ＹＧ⁃１４ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｌｕｄｇｅｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ／ＯＬ］．Ｓｃｉ⁃ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０２１，７８７［２０２１－０７－２８］．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０１６／ｊ．ｓｃｉｔｏｔｅｎｖ．２０２１．１４７６６０．［３２］成杰民，俞协治．蚯蚓在植物修复铜㊁镉污染土壤中的作用［Ｊ］．应用与环境生物学报，２００６，１２（３）：３５２－３５５．［３３］苏倩倩，李莲芳，朱昌雄，等．蚯蚓／改性生物炭对Ａｓ污染红壤的稳定化效应［Ｊ］．农业环境科学学报，２０２１，４０（５）：９９９－１００７．［３４］杨生权．蚯蚓与生物质炭联合作用对土壤吸附铅的影响［Ｊ］．山西农业科学，２０１８，４６（２）：２４６－２５０．［３５］余红，檀文炳．生物炭和堆肥产品施用对水稻体系中汞生物有效性的影响［Ｊ］．环境生态学，２０２１，３（２）：４７－５２．［３６］罗高节，黄志宏．生物炭和腐殖质联合修复重金属污染土壤研究进展［Ｊ］．河南科技学院学报（自然科学版），２０１８，４６（６）：５－１０．［３７］赵首萍，陈德，叶雪珠，等．石灰㊁生物炭配施硅／多元素叶面肥对水稻Ｃｄ积累的影响［Ｊ］．水土保持学报，２０２１，３５（６）：３６１－３６８．［３８］肖亮亮，丁园．药渣生物炭联合麦饭石对铜镉污染土壤修复研究［Ｊ］．环境科学与技术，２０１９，４２（２）：１４５－１５０．３３５０卷１２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀司马小峰等㊀生物炭修复重金属污染土壤研究进展。
生物炭在土壤重金属和有机物污染修复中的应用研究进展
生物炭在土壤重金属和有机物污染修复中的应用研究进展梁慧，李如美，朱钰晓，刘同金，李瑞娟，房锋∗㊀（山东省农业科学院植物保护研究所，山东济南２５０１００）摘要㊀土壤中重金属和有机物污染既造成巨大经济损失，又严重威胁人类健康㊂生物炭作为来源广泛㊁制备简单，比表面积大㊁表面官能团丰富㊁孔隙结构发达的材料，被广泛应用于农业㊁生态修复和环境保护领域㊂从生物炭的来源与制备工艺㊁对污染物的吸附机理㊁影响因素以及在土壤重金属和有机物污染修复中的应用现状等方面进行了综述，同时对生物炭材料在土壤污染修复中的研究重点进行了展望，为生物炭在土壤污染修复中的应用提供参考㊂关键词㊀生物炭；重金属；有机物；土壤修复中图分类号㊀Ｘ５３㊀㊀文献标识码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀０５１７－６６１１（２０２４）０６－００１７－０４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２４．０６．００４㊀㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＢｉｏｃｈａｒｆｏｒＲｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌａｎｄＩｎｏｒｇａｎｉｃＰｏｌｌｕｔａｎｔｉｎＳｏｉｌＬＩＡＮＧＨｕｉ，ＬＩＲｕ⁃ｍｅｉ，ＺＨＵＹｕ⁃ｘｉａｏｅｔａｌ㊀（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｌａｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｊｉｎａｎ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２５０１００）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｔｈｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓａｎｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｉｎｓｏｉｌｎｏｔｏｎｌｙｃａｕｓｅｓｈｕｇｅｅｃｏｎｏｍｉｃｌｏｓｓｅｓ，ｂｕｔａｌｓｏｓｅｒｉｏｕｓｌｙｔｈｒｅａｔｅｎｓｈｕｍａｎｈｅａｌｔｈ．Ｂｉｏｃｈａｒｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｉｍ⁃ｐｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｌａｒｇｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ，ｒｉｃｈｓｕｒｆａｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｏｕｒｃｅａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｂｉｏｃｈａｒ，ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｉｎｓｏｉｌｈｅａｖｙｍｅｔａｌａｎｄｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｒｅ⁃ｍｅｄｉａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒｉｎｓｏｉｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ．Ｂｉｏｃｈａｒｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎａｇ⁃ｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｉｍｐｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｌａｒｇｅｓｐｅｃｉｆ⁃ｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ，ｒｉｃｈｓｕｒｆａｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｏｕｒｃｅａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒ，ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｉｎｓｏｉｌｈｅａｖｙｍｅｔａｌａｎｄｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒｉｎｓｏｉｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｂｉｏｃｈａｒ；Ｈｅａｖｙｍｅｔａｌ；Ｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ；Ｓｏｉｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ基金项目㊀山东省农业科学院农业科技创新工程项目（ＣＸＧＣ２０２１Ｂ１３）㊂作者简介㊀梁慧（１９８４ ），女，山东泰安人，助理研究员，博士，从事污染修复与农产品安全研究㊂∗通信作者，副研究员，从事农药科学使用与残留检测㊁作物病虫草害综合防控研究㊂收稿日期㊀２０２３－０４－２４㊀㊀随着现代工农业生产的快速发展，大量的无机㊁有机类污染物进入土壤环境中㊂根据２０１４年公布的全国土壤污染状况调查［１］，受无机（镉㊁砷㊁铅等）和有机物（滴滴涕㊁多环芳烃等）污染的耕地面积约占全国耕地总面积的１／５，直接导致了严重的粮食污染与减产，造成了巨大的经济损失㊂重金属㊁农药㊁抗生素及多环芳烃是无机和有机类污染物的典型代表，来源广泛且能在土壤中长期存在㊂由于常具有致突变㊁致畸㊁致癌效应和较高的生物累积性，这些土壤污染物的扩散不仅会破坏生态平衡㊁污染环境，还可以通过食物链途径危害人体健康㊂因此，重金属和有机物污染土壤的修复引起了众多研究者的关注㊂土壤中施用生物炭能够改善土壤环境，降低环境风险，并能提高粮食产量，因而生物炭技术受到广泛关注㊂生物炭原料来源丰富，制备工艺相对简单，具有比表面积大㊁含氧官能团丰富㊁孔隙结构发达㊁导电性良好等特点［２－３］，可作为一种经济高效的吸附剂用于治理土壤中的无机和有机污染物㊂该研究对生物炭的来源与制备工艺㊁与土壤中重金属和有机污染物的作用机理进行了综述，总结了生物炭在土壤重金属和有机物污染修复中的应用现状，为生物炭在土壤污染修复中的应用提供参考㊂１㊀生物炭的来源及制备工艺生物炭通常由生物质在缺氧或限氧情况下，经高温热解产生，是一类多孔㊁稳定㊁芳香度高㊁富含碳素的固态物质［４］㊂由于其具有较高的化学稳定性㊁优异的吸附能力和良好的环境相容性等特点，被视为一种性能优良的土壤污染修复材料［５］㊂生物炭来源广泛，根据原料来源不同，主要有植物源生物炭（木头㊁树叶㊁秸秆㊁稻壳等生物炭）㊁动物源生物炭（动物粪便生物炭）和污泥生物炭㊂研究发现，原料来源㊁制备条件对生物炭的理化性质及吸附能力影响显著㊂一般来说，植物源生物炭的比表面积更大，吸附性能和重金属固定性能更高，而动物粪便生物炭含有更多的钙㊁磷㊁钾等微量元素［６］㊂除高温热解外，生物炭还可由水热法碳化制得㊂水热碳化是在相对较高（２ １０ＭＰａ）的压力下，将生物质在热水（１８０ ２８０ħ）中转化为生物炭的方法㊂与热解生物炭相比，水热生物炭表面含有更多的含氧官能团和阳离子交换量，对土壤污染物具有更好的吸附性能［７］㊂２㊀生物炭修复土壤污染的机理２．１㊀生物炭修复重金属污染土壤的机理㊀生物炭孔隙结构发达，比表面积大，阳离子交换量高，并含有丰富的含氧基团［８］，对重金属污染土壤有良好的修复效果㊂大量研究表明，生物炭对重金属污染土壤的修复机理较为复杂，主要通过物理吸附㊁静电吸引㊁离子交换㊁表面络合㊁共沉淀等多种途径稳定重金属，实现土壤中重金属的钝化［９］㊂安徽农业科学，Ｊ．ＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃ．Ｓｃｉ．２０２４，５２（６）：１７－２０㊀㊀㊀物理吸附主要是通过范德华力将重金属吸附在生物炭表面或分散进孔隙中，因此生物炭的吸附能力受其孔隙结构和比表面积制约㊂原料来源㊁制备工艺对生物炭的孔隙结构和比表面积有着重要的影响㊂Ｎｚｅｄｉｅｇｗｕ等［１０］研究表明，５００ħ下热解，秸秆生物炭的比表面积为３．２ｍ２／ｇ，动物粪便生物炭为９．７ｍ２／ｇ，而锯末生物炭可达４３．０ｍ２／ｇ；并且，生物炭表面的官能团丰度也随着热解温度的升高而降低㊂Ｃａｏ等［１１］研究了不同热解温度下制备的牛粪生物炭，发现生物炭的比表面积随热解温度的升高而增大，在高温下热解制得的生物炭比低温时的微孔数量和比表面积都要大得多，而在低温生物炭却含有更多的含氧官能团，这与Ｎｚｅｄｉｅｇｗｕ等［１０］的研究发现一致㊂Ｚｈａｎｇ等［１２］测试了不同热解温度生物炭对Ｐｂ的固定能力，发现７００ħ制得的生物炭是４００ħ的９倍㊂生物炭表面所带电荷与带相反电荷的重金属离子之间的静电吸引是生物炭固定重金属的另一重要机制㊂静电吸引机理主要依赖于生物炭的ｚｅｔａ电位和土壤ｐＨ，生物炭的ｚｅｔａ电位通常为负值，表明生物炭表明带负电荷，因此容易与带正电荷的重金属离子（Ｈｇ２＋㊁Ｐｂ２＋㊁Ｃｄ２＋㊁Ｃｒ３＋等）发生静电吸附；然而土壤ｐＨ较低易引起官能团质子化而致使生物炭带正电，此时生物炭对阴离子具有较强的静电引力，如ＨＡｓＯ２－４㊁Ｃｒ２Ｏ２－７和Ｓｂ（ＯＨ）－６等更容易被吸附［１３］㊂生物炭表面的离子与含相同电荷的重金属离子进行交换从而固定重金属的过程即为离子交换㊂离子交换能力与生物炭表面官能团的性质㊁离子半径及带电性质紧密相关［１４］㊂研究表明，采用枣籽生物炭吸附Ｃｕ（Ⅱ）和Ｎｉ（Ⅱ），离子交换可占Ｃｕ（Ⅱ）㊁Ｎｉ（Ⅱ）总吸附量的６９％和７２％，同时同样电荷量的Ｎａ＋㊁Ｋ＋㊁Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋被释放出来［１５］㊂周雅兰等［１６］在污泥生物炭对Ｃｄ（Ⅱ）的吸附研究中，发现溶液中Ｎａ＋㊁Ｋ＋㊁Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋浓度随Ｃｄ（Ⅱ）初始质量浓度的增加而增加，说明Ｃｄ（Ⅱ）的去除是通过离子交换实现的㊂生物炭表面的羟基㊁羰基㊁羧基等含氧基团可与土壤中的重金属离子发生络合作用，形成金属配合物㊂Ｗａｎｇ等［１７］研究发现，在吸附Ｃｒ（Ⅵ）后玉米秸秆生物炭的Ｃ―Ｃ／Ｃ―Ｈ㊁Ｃ―Ｏ―Ｃ及Ｏ＝Ｃ―Ｏ等键含量发生了不同程度的改变，说明表面络合对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附起着重要的作用㊂同样的，莫官海等［１８］在去除Ｕ（Ⅵ）时，吸附后的生物炭羟基㊁羧基等基团出现峰位迁移，验证了生物炭表面的含氧基团与重金属发生了络合反应㊂生物炭中的ＣＯ２－３㊁ＰＯ３－４㊁ＳＯ２－４㊁ＯＨ－等矿物组分易与重金属阳离子结合形成不溶于水的沉淀物，促进重金属的吸附和固定［１９］㊂例如，稻秆生物炭中ＣＯ２－３的Ｃ２Ｏ２－４和可与Ｐｂ分别形成Ｐｂ３（ＣＯ３）２（ＯＨ）２和ＰｂＣ２Ｏ４沉淀，是固定Ｐｂ的主要机制［２０］㊂研究发现，生物炭表面的酚羟基也能够促进重金属形成共沉淀，以提高重金属的固定效率［２１］㊂２．２㊀生物炭修复有机物污染土壤的机理㊀土壤中的有机污染物主要有农药㊁抗生素和多环芳烃等，生物炭主要通过静电吸引㊁孔隙填充㊁π－π相互作用㊁分配作用和氢键等途径去除土壤中有机污染物［２２］㊂与吸附重金属离子类似，孔隙结构㊁比表面积和表面官能团也是影响生物炭对有机污染物吸附的重要因素㊂研究表明，增大比表面积㊁提高含氧基团的丰度后，稻壳生物炭对四环素的吸附量提升了１倍，且主要是π－π相互作用增强引起的［２３］；而提高污泥生物炭的孔隙率，能够有效降低空间位阻效应，增强孔隙填充作用从而促进对四环素的吸附［２４］㊂Ｚｈｅｎｇ等［２５］认为，质子化作用能够有效增强有机污染物与生物炭表面负电荷的静电吸引，因此生物炭经酸处理改性后，对莠去津的吸附能力得到显著提升㊂低温热解制备的生物炭对有机污染物的吸附多是分配作用，而高温热解生物炭则是表面静电吸附和分配作用共同作用［２６］㊂Ｃｈｅｎ等［２７］探讨了多环芳烃在松叶生物炭上的吸附机理，当热解温度较低时，生物炭中无定形的有机质含量丰富，对多环芳烃的吸附以分配作用为主；当热解温度升高，生物炭中芳香碳结构增多，表面静电吸附起主导作用㊂氢键是指氢原子与电负性大的原子之间以共价键结合，低温热解生物炭或水热生物炭表面含有较多的极性官能团，易与含极性官能团的有机污染物形成氢键，一般来说，生物炭表面的羟基中的氢为供体，有机物氮和氧为受体［２８］㊂Ｔａｎ等［２９］通过改性增加玉米秸秆生物炭表面的含氧官能团，阿特拉津与生物炭之间的π－π相互作用和Ｈ键作用得到增强，因而提升了对阿特拉津的吸附能力㊂除了吸附土壤污染物外，生物炭的应用还可显著改善土壤质量㊁提高土壤肥力和持水能力，同时有利于提升土壤微生物的种群数量和丰度，促进微生物对有机污染物的降解［３０］㊂３㊀生物炭在修复土壤污染领域中的应用现状生物炭用于修复土壤重金属污染已开展了大量的研究和应用㊂Ｂｉａｎ等［３１］将小麦秸秆生物炭施用在水稻田中，有效地固定了重金属镉，减少了水稻植株中的Ｃｄ含量，因而水稻呈现更好的生长态势㊂Ｍｏｏｒｅ等［３２］开展鸡粪生物炭固定铜离子的田间试验，发现土壤中施加５％的鸡粪生物炭时，９０％的可交换态铜能够得到有效固定；同时，该课题组研究发现，当生物炭的施用量为２０ｔ／ｈｍ２时，土壤中Ｃｄ含量最多可降低８９％，而用量为１０ｔ／ｈｍ２时最多只降低了６２％㊂因此，重金属的固定效果与生物炭的投加量有关㊂Ｇａｏ等［３３］制备的玉米秸秆生物炭可使土壤中可提取态Ｃｄ含量降低９１％，并有效缓解了Ｃｄ对植物生长的胁迫；对浸出前后生物炭的分析表明，钝化机理以离子交换和表面络合为主㊂Ｇｕｏ等［３４］提出，花生壳生物炭的施用使土壤有机质含量得到显著提升，土壤碱解氮（Ｎ）㊁速效磷（Ｐ）㊁速效钾（Ｋ）含量明显提高；同时，土壤中脲酶㊁磷酸酶㊁过氧化氢酶㊁蔗糖酶的活性，以及土壤中细菌㊁放线菌和真菌的数量都有明显的增加；研究还发现，施用花生壳生物炭降低了土壤中Ｃｒ的有效性，与对照组相比，不同处理下的根部和地上部分的Ｃｒ含量均有所降低㊂目前，生物炭用于修复土壤重金属污染的研究相对较８１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２４年多，而用于修复土壤有机物污染的研究相对较少，但呈逐年递增的趋势㊂Ｄｅｎｇ等［３５］采用热解法制得木薯生物炭，并开展对除草剂阿特拉津的吸附研究㊂结果表明，生物炭对阿特拉津的吸附量随着投加量增大而增大，当投加量增加到５％时，阿特拉津在木薯生物炭上的吸附量高达２４６ｍｇ／ｋｇ㊂因此，生物炭对土壤中除草剂有显著的固定作用，能够有效减少阿特拉津在土壤中的淋溶和迁移，进而降低除草剂在土壤中的浓度，修复土壤污染㊂同样，Ｓｐｏｋａｓ等［３６］的研究也证明，当土壤中的锯末生物炭含量达到５％时，可明显增加对乙草胺等除草剂的吸附，减少其淋溶和径流损失；同时研究结果还表明，锯末生物炭具有抗微生物降解的能力，是一种有效的固碳方式㊂李桂荣等［３７］开展生物炭与黑麦草联合修复Ｃｄ－芘复合污染土壤研究，发现当黑麦草种植密度合适，并投加适量的生物炭时，能够有效降低土壤中Ｃｄ和芘的含量，同时，土壤微生物群落的丰富度也得到显著提升㊂随着研究的深入，如吸附位点少㊁吸附能力有限等不足束缚了生物炭的进一步应用；但经过物理㊁化学或生物方法改性后，其孔隙体积㊁比表面积㊁表面官能团的种类和数量以及理化性质都有较大的改变㊂大量研究表明，改性后的生物炭具有更强的吸附能力和土壤修复能力㊂表１中列举了部分不同改性方法处理后的生物炭对土壤污染物的吸附情况，由表１可知，改性生物炭的吸附能力和土壤修能力得到极大的提升，但提升效果随污染物和改性方式的不同而有所差异㊂表１㊀不同改性方法生物炭对土壤污染物的吸附Ｔａｂｌｅ１㊀Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｂｙｂｉｏｃｈａｒｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ序号Ｎｏ．原料Ｒａｗｍａｔｅｒｉａｌ热解温度Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅʊħ改性方法Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ污染物Ｐｏｌｌｕｔａｎｔ效果Ｅｆｆｅｃｔ参考文献Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ１松木６００氯化锰Ｐｂ２＋吸附速率提高１８倍［３８］２坚果壳６００氧化铁Ｃｄ２＋吸附量增加１０倍［３９］３玉米秸秆５００硫化钠Ｈｇ２＋吸附能力增强７６．９５％［２９］４稻壳５００聚乙烯亚胺Ｃｒ６＋吸附能力增强１８倍［４０］５木屑５００硫酸＋硝酸Ｃｕ２＋吸附能力增强８倍［４１］６稻壳４５０ ５００甲醇四环素吸附量增加１倍［２３］７玉米秸秆５００氢氧化钾阿特拉津吸附能力增强４６．３９％［２９］８稻壳５００磁性氧化铁菲吸附量可达９７．６ｍｇ／ｇ［４２］９坚果壳５００硝酸盐菲吸附能力增强１．９倍［４３］４㊀结论综述了生物炭的来源与制备工艺，总结了生物炭对土壤中重金属㊁有机物等污染物的去除机理，以及生物炭在土壤污染修复中的应用现状㊂生物炭在土壤修复中的应用，既可固定土壤中的污染物，又可提升土壤微生物的种群数量和丰度，改善土壤质量㊂总体来看，生物炭在土壤污染修复中发挥着越来越重要的作用㊂首先，生物炭用于土壤污染修复的研究大多处于实验室阶段，实际应用还有待开展；其次，多数研究局限于单一污染物的修复，对土壤复合污染的情况研究较少，机理难以明确；最后，生物炭的长期影响和负面影响也需受到重视㊂参考文献［１］环境保护部，国土资源部．全国土壤污染状况调查公报［Ｊ］．国土资源通讯，２０１４（８）：２６－２９．［２］ＹＡＡＳＨＩＫＡＡＰＲ，ＫＵＭＡＲＰＳ，ＶＡＲＪＡＮＩＳ，ｅｔａｌ．Ａｃｒｉｔｉｃａｌｒｅｖｉｅｗｏｎｔｈｅｂｉｏｃｈａｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｃｉｒｃｕｌａｒｂｉｏｅｃｏｎｏｍｙ［Ｊ］．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｐｏｒｔｓ，２０２０，２８：１－１５．［３］ＬＩＵＺＧ，ＺＨＡＮＧＦＳ．Ｒｅｍｏｖａｌｏｆｌｅａｄｆｒｏｍｗａｔｅｒｕｓｉｎｇｂｉｏｃｈａｒｓｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎｏｆｂｉｏｍａｓｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉ⁃ａｌｓ，２００９，１６７（１／２／３）：９３３－９３９．［４］ＨＡＭＩＤＹ，ＴＡＮＧＬ，ＳＯＨＡＩＬＭＩ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌａｍｅｎｄｍｅｎｔｓｔｏｒｅｄｕｃｅｃａｄｍｉｕｍｐｈｙｔｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｔｏｆｏｏｄｃｈａｉｎ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，６６０：８０－９６．［５］ＷＥＢＥＲＫ，ＱＵＩＣＫＥＲＰ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１８，２１７：２４０－２６１．［６］宗大鹏，田稳，李韦钰，等．农林废弃物生物炭钝化典型土壤重金属的机制研究进展［Ｊ］．生态毒理学报，２０２３，１８（１）：２３２－２４５．［７］ＨＵＦＦＭＤ，ＫＵＭＡＲＳ，ＬＥＥＪＷ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｉｎｅｗｏｏｄ，ｐｅａｎｕｔｓｈｅｌｌ，ａｎｄｂａｍｂｏｏｂｉｏｍａｓｓｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｓｐｒｏｄｕｃｅｄｖｉａｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｐｙｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１４，１４６：３０３－３０８．［８］ＭＡＮＤＡＬＳ，ＳＡＲＫＡＲＢ，ＢＯＬＡＮＮ，ｅｔａｌ．Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｃｈｒｏｍａｔｅｒｅ⁃ｄｕｃｔｉｏｎｉｎｓｏｉｌｓｂｙｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１７，１８６：２７７－２８４．［９］ＱＩＮＰ，ＷＡＮＧＨＬ，ＹＡＮＧＸ，ｅｔａｌ．Ｂａｍｂｏｏ⁃ａｎｄｐｉｇ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｓｒｅ⁃ｄｕｃｅｌｅａｃｈｉｎｇｌｏｓｓｅｓｏｆｄｉｂｕｔｙｌｐｈｔｈａｌａｔｅ，ｃａｄｍｉｕｍ，ａｎｄｌｅａｄｆｒｏｍｃｏ⁃ｃｏｎ⁃ｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２０１８，１９８：４５０－４５９．［１０］ＮＺＥＤＩＥＧＷＵＣ，ＡＲＳＨＡＤＭ，ＵＬＡＨＡ，ｅｔａｌ．Ｆｕｅｌ，ｔｈｅｒｍａｌａｎｄｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅ⁃ｐｙｒｏｌｙｚｅｄｂｉｏｃｈａｒｓｄｅｐｅｎｄｏｎｆｅｅｄｓｔｏｃｋｔｙｐｅａｎｄｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，３２０：１－１１．［１１］ＣＡＯＸＤ，ＨＡＲＲＩＳＷ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄａｉｒｙ⁃ｍａｎｕｒｅ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｐｅｒｔｉ⁃ｎｅｎｔｔｏｉｔｓｐｏｔｅｎｔｉａｌｕｓｅｉｎｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，１０１（１４）：５２２２－５２２８．［１２］ＺＨＡＮＧＪＺ，ＨＯＵＤＹ，ＳＨＥＮＺＴ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｘｃｅｓｓｉｖｅｉｍｐｒｅｇｎａ⁃ｔｉｏｎ，ｍａｇｎｅｓｉｕｍｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎＭｇＯ⁃ｃｏａｔｅｄｗａｔｅｒ⁃ｍｅｌｏｎｒｉｎｄｂｉｏｃｈａｒａｎｄｉｔｓｌｅａｄｒｅｍｏｖａｌｃａｐａｃｉｔｙ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｅ⁃ｓｅａｒｃｈ，２０２０，１８３：１－７．［１３］ＬＹＵＰ，ＬＩＬＦ，ＨＵＡＮＧＸＹ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅ⁃ｍａｇｎｅｔｉｃｂａｍｂｏｏｂｉｏｃｈａｒｃｒｏｓｓ⁃ｌｉｎｋｅｄＣａＭｇＡｌｌａｙｅｒｅｄｄｏｕｂｌｅ⁃ｈｙｄｒｏｘｉｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：Ｈｉｇｈ⁃ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｒｅ⁃ｍｏｖａｌｏｆＡｓ（ＩＩＩ）ａｎｄＣｄ（ＩＩ）ｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｎｄｉｎｓｉｇｈｔｉｎｔｏｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔ，２０２２，８２３：１－１４．［１４］黄安香，杨定云，杨守禄，等．改性生物炭对土壤重金属污染修复研究进展［Ｊ］．化工进展，２０２０，３９（１２）：５２６６－５２７４．［１５］ＭＡＨＤＩＺ，ＹＵＱＪ，ＥＬＨＡＮＡＮＤＥＨＡ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｋｉｎｅｔｉｃｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｎｉｃｋｅｌａｎｄｃｏｐｐｅｒｉｏｎｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｂｙｄａｔｅｓｅｅｄｄｅｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇ，２０１８，６（１）：１１７１－１１８１．［１６］周雅兰，周冰．Ｆｅ浸渍污泥生物炭对含Ｃｄ（Ⅱ）废水的吸附性能研究［Ｊ］．工业水处理，２０２１，４１（５）：８０－８５．９１５２卷６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀梁慧等㊀生物炭在土壤重金属和有机物污染修复中的应用研究进展［１７］ＷＡＮＧＫ，ＳＵＮＹＢ，ＴＡＮＧＪＣ，ｅｔａｌ．ＡｑｕｅｏｕｓＣｒ（ＶＩ）ｒｅｍｏｖａｌｂｙａｎｏ⁃ｖｅｌｂａｌｌｍｉｌｌｅｄＦｅＯ－ｂｉｏｃｈａｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：Ｒｏｌｅｏｆｂｉｏｃｈａｒｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｃａｐａｃｉｔｙｕｎｄｅｒｈｉｇｈｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２０２０，２４１：１－１１．［１８］莫官海，谢水波，曾涛涛，等．污泥基生物炭处理酸性含Ｕ（Ⅵ）废水的效能与机理［Ｊ］．化工学报，２０２０，７１（５）：２３５２－２３６２．［１９］ＹＡＮＧＸ，ＺＨＡＮＧＳＱ，ＪＵＭＴ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏ⁃ｃｈａｒｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｓｏｉｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄｓｃｉ⁃ｅｎｃｅｓ，２０１９，９（７）：１－２５．［２０］ＴＡＮＺＸ，ＬＩＮＣＳＫ，ＪＩＸＹ，ｅｔａｌ．Ｒｅｔｕｒｎｉｎｇｂｉｏｃｈａｒｔｏｆｉｅｌｄｓ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄｓｏｉｌｅｃｏｌｏｇｙ，２０１７，１１６：１－１１．［２１］ＥＬ⁃ＳＨＡＦＥＹＥＩ．ＲｅｍｏｖａｌｏｆＺｎ（Ⅱ）ａｎｄＨｇ（Ⅱ）ｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎａｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓｓｏｒｂｅｎｔｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｒｉｃｅｈｕｓｋ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１０，１７５（１／２／３）：３１９－３２７．［２２］ＡＮＡＥＪ，ＡＨＭＡＤＮ，ＫＵＭＡＲＶ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｂｉｏｃｈａｒｅｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇｆｏｒｓｏｉｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｃｈｅｍｉｃａｌｍｉｘｔｕｒｅｓ：Ｒｅｍｅｄｉａ⁃ｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔ，２０２１，７６７：１－２５．［２３］ＪＩＮＧＸＲ，ＷＡＮＧＹＹ，ＬＩＵＷＪ，ｅｔａｌ．Ｅｎｈａｎｃｅｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｅｔｒａｃｙｃｌｉｎｅｉｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｂｙｍｅｔｈａｎｏｌ⁃ｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｊｏｕｒｎａｌ，２０１４，２４８：１６８－１７４．［２４］ＴＡＮＧＬ，ＹＵＪＦ，ＰＡＮＧＹ，ｅｔａｌ．Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｄｓｏｒｂｅｎｔ：Ａｌｋａｌｉ－ａｃｉｄｍｏｄｉｆｉｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｂｉｏｃｈａｒｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｓｅｗａｇｅｓｌｕｄｇｅｆｏｒａｑｕｅｏｕｓｏｒｇａｎｉｃｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｒｅｍｏｖａｌ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｊｏｕｒｎａｌ，２０１８，３３６：１６０－１６９．［２５］ＺＨＥＮＧＷ，ＧＵＯＭＸ，ＣＨＯＷＴ，ｅｔａｌ．Ｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒｅｅｎｗａｓｔｅｂｉｏｃｈａｒｆｏｒｔｗｏｔｒｉａｚｉｎｅｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１０，１８１（１／２／３）：１２１－１２６．［２６］ＰＩＧＮＡＴＥＬＬＯＪＪ，ＸＩＮＧＢＳ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｓｌｏｗｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｏｎａｔｕｒａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９６，３０（１）：１－１１．［２７］ＣＨＥＮＢＬ，ＹＵＡＮＭＸ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃａｒｏｍａｔｉｃｈｙｄｒｏ⁃ｃａｒｂｏｎｓｂｙｓｏｉｌａｍｅｎｄｅｄｗｉｔｈｂｉｏｃｈａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｓｏｉｌｓａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓ，２０１１，１１（１）：６２－７１．［２８］ＫＥＥＲＴＨＡＮＡＮＳ，ＲＡＪＡＰＡＫＳＨＡＳＭ，ＴＲＡＫＡＬＬ，ｅｔａｌ．Ｃａｆｆｅｉｎｅｒｅｍｏｖ⁃ａｌｂｙＧｌｉｒｉｃｉｄｉａｓｅｐｉｕｍｂｉｏｃｈａｒ：Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈ，２０２０，１８９：１－１２．［２９］ＴＡＮＧＣ，ＳＵＮＷＬ，ＸＵＹＲ，ｅｔａｌ．Ｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｍｅｒｃｕｒｙ（Ⅱ）ａｎｄａｔｒａｚｉｎｅｂｙｂｉｏｃｈａｒ，ｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒｓａｎｄｂｉｏｃｈａｒｂａｓｅｄａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｉｎａｑｕｅ⁃ｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，２１１：７２７－７３５．［３０］ＺＨＡＮＧＧＸ，ＧＵＯＸＦ，ＺＨＵＹＥ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｉｏｃｈａｒｓｏｎｍｉｃｒｏｂｉａｌｑｕａｎｔｉｔｙ，ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｈｉｆｔ，ｅｎｚｙｍｅａｃｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄｂｉｏ⁃ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃａｒｏｍａｔｉｃｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓｉｎｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｇｅｏｄｅｒｍａ，２０１８，３２８：１００－１０８．［３１］ＢＩＡＮＲＪ，ＪＯＳＥＰＨＳ，ＣＵＩＬＱ，ｅｔａｌ．Ａｔｈｒｅｅ⁃ｙｅａｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｏｎｆｉｒｍｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｃａｄｍｉｕｍａｎｄｌｅａｄｉｎｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｐａｄｄｙｆｉｅｌｄｗｉｔｈｂｉｏｃｈａｒａｍｅｎｄｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１４，２７２：１２１－１２８．［３２］ＭＯＯＲＥＦ，ＧＯＮＺÁＬＥＺＭＥ，ＫＨＡＮＮ，ｅｔａｌ．Ｃｏｐｐｅｒｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｂｙｂｉｏｃｈａｒａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙａｂｕｎｄａｎｃｅｉｎｍｅｔａｌ⁃ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１８，６１６／６１７：９６０－９６９．［３３］ＧＡＯＸ，ＰＥＮＧＹＴ，ＺＨＯＵＹＹ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍｆｅｒｒｉｔｅｂｉｏｃｈａｒｏｎｔｈｅｃａｄｍｉｕｍｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｉｎａｃｉｄｉｃｓｏｉｌａｎｄｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｐａｃｋｏｉ（ＢｒａｓｓｉｃａｃｈｉｎｅｎｓｉｓＬ．）［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１９，２５１：１－９．［３４］ＧＵＯＸＦ，ＪＩＱ，ＲＩＺＷＡＮＭ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｂｉｏｃｈａｒａｎｄｆｏｌｉａｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｅｌｅｎｉｕｍｏｎｔｈｅｕｐｔａｋｅａｎｄｓｕｂｃｅｌｌｕｌａｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｈｒｏｍｉｕｍｉｎＩｐ⁃ｏｍｏｅａａｑｕａｔｉｃａｉｎｃｈｒｏｍｉｕｍ⁃ｐｏｌｌｕｔｅｄｓｏｉｌｓ［Ｊ］．Ｅｃｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙａｎｄｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔａｌｓａｆｅｔｙ，２０２０，２０６：１－１２．［３５］ＤＥＮＧＨ，ＦＥＮＧＤ，ＨＥＪＸ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｉｏｃｈａｒａｍｅｎｄｍｅｎｔｓｔｏｓｏｉｌｏｎｔｈｅｍｏｂｉｌｉｔｙｏｆａｔｒａｚｉｎｅｕｓｉｎｇｓｏｒｐｔｉｏｎ⁃ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｓｏｉｌｔｈｉｎ⁃ｌａｙｅｒｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ［Ｊ］．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，９９：３８１－３９０．［３６］ＳＰＯＫＡＳＫＡ，ＫＯＳＫＩＮＥＮＷＣ，ＢＡＫＥＲＪＭ，ｅｔａｌ．Ｉｍｐａｃｔｓｏｆｗｏｏｄｃｈｉｐｂｉｏｃｈａｒａｄｄｉｔｉｏｎｓｏｎｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｓｏｒｐｔｉｏｎ／ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｔｗｏｈｅｒｂｉｃｉｄｅｓｉｎａＭｉｎｎｅｓｏｔａｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２００９，７７（４）：５７４－５８１．［３７］李桂荣，陈富凯，贾胜勇，等．茄子秆生物炭联合黑麦草对土壤镉－芘复合污染修复的影响［Ｊ］．河南农业科学，２０２０，４９（９）：５１－６１．［３８］ＷＡＮＧＬ，ＷＡＮＧＹＪ，ＭＡＦ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄｒｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｏｄｉ⁃ｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒｕｓｅｄｆｏｒｒｅｍｏｖａｌｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｆｒｏｍｗａｓｔｅｗａｔｅｒ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，６６８：１２９８－１３０９．［３９］ＴＲＡＫＡＬＬ，ＶＥＳＥＬＳＫÁＶ，ŠＡＦＡＲ㊅ÍＫＩ，ｅｔａｌ．Ｌｅａｄａｎｄｃａｄｍｉｕｍｓｏｒｐ⁃ｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｎｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙ，２０１６，２０３：３１８－３２４．［４０］ＭＡＹ，ＬＩＵＷＪ，ＺＨＡＮＧＮ，ｅｔａｌ．Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒａｄ⁃ｓｏｒｂｅｎｔｆｏｒｈｅｘａｖａｌｅｎｔｃｈｒｏｍｉｕｍｒｅｍｏｖａｌｆｒｏｍｔｈｅａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，１６９：４０３－４０８．［４１］ＹＡＮＧＧＸ，ＪＩＡＮＧＨ．Ａｍｉｎｏｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄａｄ⁃ｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｃｏｐｐｅｒｉｏｎｓｆｒｏｍｓｙｎｔｈｅｔｉｃｗａｓｔｅｗａｔｅｒ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１４，４８：３９６－４０５．［４２］ＧＵＯＷ，ＷＡＮＧＳＪ，ＷＡＮＧＪＫ，ｅｔａｌ．Ｓｏｒｐｔｉｖｅｒｅｍｏｖａｌｏｆｐｈｅｎａｎｔｈｒｅｎｅｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｕｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃａｎｄｎｏｎ⁃ｍａｇｎｅｔｉｃｒｉｃｅｈｕｓｋ⁃ｄｅ⁃ｒｉｖｅｄｂｉｏｃｈａｒｓ［Ｊ］．Ｒｏｙａｌｓｏｃｉｅｔｙｏｐｅｎｓｃｉｅｎｃｅ，２０１８，５（５）：１－１１．［４３］ＹＡＮＧＸＮ，ＣＨＥＮＺＦ，ＷＵＱＨ，ｅｔａｌ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｐｈｅｎａｎｔｈｒｅｎｅｄｅｇｒａｄａ⁃ｔｉｏｎｉｎｒｉｖｅｒｓｅｄｉｍｅｎｔｓｕｓｉｎｇａｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒａｎｄｎｉｔｒａｔｅ［Ｊ］．Ｓｃｉ⁃ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１８，６１９／６２０：６００－６０５．０２㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２４年。
《生物炭基功能材料开发及其对抗生素和重金属吸附性能研究》范文
《生物炭基功能材料开发及其对抗生素和重金属吸附性能研究》篇一一、引言随着现代工业和农业的快速发展，环境问题愈发严峻，其中以抗生素和重金属的污染问题尤为突出。
这些污染物主要通过水体和土壤的扩散与富集，严重危害生态环境及人类健康。
近年来，生物炭基功能材料以其卓越的吸附性能和环境友好性成为了治理环境问题的关键工具。
本文致力于开发新型生物炭基功能材料，并研究其对抗生素和重金属的吸附性能。
二、生物炭基功能材料的开发1. 材料选择与制备生物炭基功能材料主要采用农业废弃物如稻草、秸秆等作为原料，通过高温热解制备成生物炭。
然后，通过引入功能性物质（如纳米材料、天然高分子等）对生物炭进行改性，以提高其吸附性能。
2. 新型材料的特点新型生物炭基功能材料具有较高的比表面积、良好的孔隙结构和优异的化学稳定性。
此外，其表面含有丰富的活性基团，能够与抗生素和重金属离子发生化学反应或物理吸附。
三、抗生素和重金属的吸附性能研究1. 抗生素的吸附性能研究表明，新型生物炭基功能材料对抗生素具有较好的吸附性能。
通过实验发现，该材料能够快速吸附水中的多种抗生素，如四环素、磺胺类等。
这主要归因于其丰富的活性基团与抗生素分子之间的相互作用。
2. 重金属的吸附性能对于重金属离子，如铅、镉等，新型生物炭基功能材料同样表现出良好的吸附性能。
这主要得益于其较大的比表面积和丰富的孔隙结构，使得重金属离子能够在材料表面发生沉淀或离子交换等反应。
四、吸附机理探讨1. 物理吸附与化学吸附生物炭基功能材料对抗生素和重金属的吸附过程包括物理吸附和化学吸附。
物理吸附主要依赖于材料的孔隙结构和比表面积，而化学吸附则涉及材料表面活性基团与污染物分子之间的相互作用。
2. 影响因素吸附性能受多种因素影响，如pH值、温度、离子强度等。
实验结果表明，在适当的pH值下，新型生物炭基功能材料能够充分发挥其吸附性能。
此外，适当的温度和离子强度也有助于提高吸附效果。
五、结论与展望通过开发新型生物炭基功能材料并研究其对抗生素和重金属的吸附性能，我们发现该材料在环境治理方面具有广阔的应用前景。
生物炭在土壤重金属污染修复中的应用
生物炭在土壤重金属污染修复中的应用生物炭是一种由生物质原料制成的炭质材料，具有极强的吸附能力和土壤改良作用。
由于其优异的性能，生物炭在土壤重金属污染修复中得到了广泛的应用。
本文将着重介绍生物炭在土壤重金属污染修复中的应用及其工作原理。
生物炭在土壤重金属污染修复中的应用主要体现在以下几个方面：一、土壤修复重金属污染对土壤环境造成了极大的危害，影响了土壤的肥力和作物的生长发育。
生物炭具有优异的吸附性能，可以有效吸附土壤中的重金属离子，降低其在土壤中的活性，减少对植物和土壤微生物的毒性作用，从而达到修复土壤的目的。
二、提高土壤肥力生物炭本身富含有机质，可以增加土壤有机质含量，改善土壤的物理性质和水分保持能力，提高土壤团粒结构，促进土壤微生物的生长繁殖，有利于土壤生态系统的恢复。
生物炭对土壤中的养分具有良好的保护作用，减少了养分的流失和淋溶，为植物提供了更稳定的养分来源。
三、净化水质生物炭在土壤中的运用不仅可以修复土壤重金属污染，同时还能够净化水质。
生物炭在土壤中的应用可以有效减少土壤中的重金属渗漏，防止重金属被流失到地下水中，从而保护地下水资源的质量。
除了以上应用外，生物炭还可以在土壤重金属污染修复中发挥其他重要作用，例如提高土壤的抗逆性、促进植物的生长发育等。
接下来，让我们深入了解一下生物炭在土壤重金属污染修复中的工作原理。
生物炭具有极强的吸附能力。
其多孔的结构和大表面积为生物炭提供了丰富的吸附位点，可以吸附土壤中的重金属离子，并将其固定在炭质材料表面上，从而减少其在土壤中的活性，降低毒性作用。
生物炭可以调节土壤pH值。
土壤的酸碱度对重金属的迁移和转化起着重要的影响。
生物炭对土壤中的氢离子具有缓冲作用，可以中和土壤的酸碱度，从而减少重金属的迁移和转化。
生物炭对土壤微生物活性和群落结构有显著影响。
生物炭可以提供微生物生长的载体和养分来源，促进土壤微生物的生长和繁殖。
土壤微生物活性的提高可以加速土壤中重金属的转化和迁移，有利于修复土壤重金属污染。
生物炭对土壤重金属污染修复研究
生物炭对土壤重金属污染修复研究随着国家经济的发展和工业的迅速发展，重金属污染已经成为一个突出的环境问题。
土壤是环境生态系统中的重要组成部分，也是最受重金属污染影响的环境介质之一。
重金属降解和修复成为当前研究热点。
生物炭作为土壤修复新材料，具有良好的吸附性能和生态环保性，逐渐得到人们的重视。
生物炭对土壤重金属的修复作用主要是通过其表面的化学物质（如羟基、羧基、吸附基团等）对重金属离子的吸附作用来实现的。
生物炭的孔隙结构也可以提供更多的吸附位置，是有效吸附重金属的重要因素。
生物炭的吸附性能受多种因素影响，如生物炭的来源、制备方法和炭化温度等因素。
同时，生物炭对地球化学循环过程具有重要影响，一定程度上可以改善土壤物理、化学和生物性质，从而改善土壤环境。
生物炭修复重金属污染的机制复杂，主要包括以下几个方面：吸附作用、离子交换作用、络合作用和还原作用等。
其中，生物炭的离子交换作用是较为重要的机制之一，在修复重金属污染土壤时起着重要的作用。
生物炭还可以影响土壤微生物群落的组成和分布，从而改善土壤质量，促进土壤生态系统的恢复。
生物炭的修复效果受多种因素影响，如生物炭的种类、量、种植物物种、修复年限等。
当前的研究主要集中在生物炭的物理性质、吸附性能与固定效果的关系、生物炭与植物修复耦合等方面。
通过对生物炭对不同重金属污染土壤的修复效果的研究表明，生物炭对重金属污染土壤的修复效果较好，但不同种类的生物炭在修复不同类型土壤时的效果存在差异。
在实际应用中，生物炭可以单独使用，也可以与其他污染物修复技术结合使用，如植物修复、生物修复和化学修复等，以协同作用的方式提高修复效果。
应用生物炭修复重金属污染土壤还存在一些问题和挑战，如生物炭的成本、安全性、使用寿命和应用范围等方面，需要进一步加强研究，并探索更加有效、可持续和经济的修复方法。
综上所述，生物炭作为新型土壤修复材料，具有良好的吸附性能和生态环保性能，在重金属污染土壤的修复中具有广阔的应用前景。
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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）．
第４期
周 婷 ，等 ：生 物 炭 对 土 壤 重 金 属 吸 附 机 理 研 究 进 展
４０５
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
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 ．
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
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
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
Hale Waihona Puke 表 １ 不 同 原 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
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