生物炭去除土壤中重金属的方法研究概述

生物炭去除土壤中重金属的方法研究概述

作者：胡思雨于天宇李佳亮

来源：《乡村科技》2018年第15期

[摘要] 目前，针对土壤重金属污染的治理，理想的方法是在最低程度破坏土壤结构的条件下将重金属吸附出来，并且稳定存在于某类物质中。生物炭能够达到这种要求，生物炭丰富的孔隙结构和生物质裂解后产生的官能团对重金属产生的化学吸附作用能够降低重金属的生物有效性，从而达到降低重金属污染的目的。目前，国内外已经开展通过对生物炭改性来增强其吸附能力的研究，本文综述目前讨论较多的生物炭改性方法，对我国的重金属污染提出建议。

[关键词] 生物炭；吸附能力；重金属污染

[中图分类号] X52 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2018）15-101-2

随着我国经济的迅猛发展，工业化进程不断加快，废弃物不合理的排放导致我国土壤重金属污染问题日益显著。但是，我国对重金属污染的修复工作才刚刚开始，目前完成了不到3%。而且目前重金属污染的修复方法还不成熟，对土壤中重金属的修复主要采用物理方式，即通过加热将可挥发重金属从土壤中脱离或应用固化剂将重金属固持在土壤中，这种方式虽然能够有效降低土壤中重金属含量，但是高温破坏了土壤的营养结构。针对我国土壤重金属污染面积广且污染浓度不高的现状而言，不适用上述方法。而是需要一种能够稳定持续处理且对土壤影响较小的治理方式，生物炭吸附就是一种比较好的方式。

1 生物炭吸附概述

生物炭是一种由生物质如花生壳、玉米秸秆等在高温下厌氧裂解产生的物质，目前对生物炭的研究主要集中于其广阔的比表面积和孔隙能够增强土壤的缓冲性能，生物炭的pH值一般在8以上，不仅能够调节酸性土壤的土壤环境，生物炭还能够改善土壤的生物群落组成和丰度等，生物炭添加后通过影响土壤的结构组成和营养物质的循环，间接提高作物产量。

2 生物炭吸附重金属存在的问题

目前，通过生物炭吸附重金属的效果不佳，主要研究的是通过生物炭孔隙的静电作用吸附重金属离子，在电镜下观察后可知静电作吸附的重金属离子是有限的，重金属离子并没有完全“填满”生物炭的孔隙，而且通过反复洗脱后，重金属离子洗脱量较大，故实际上生物炭与土壤混合后，被吸附的重金属离子可能随着土壤和周围环境的变化，重新脱离生物炭的“束缚”，再次回到土壤中。

有学者指出，生物质裂解过程中产生的大量化学官能团，能够与重金属离子发生络合作用，这种络合作用发生之后重金属离子与官能团形成相对稳定的络合物沉淀[1]，增强生物炭对重金属离子的吸附能力，有效降低其生物有效性。但是，随着生物炭裂解温度的升高，生物

质裂解程度增加，化学键断裂，通过傅里叶光谱可看出，裂解温度过高（>800 ℃），生物炭中官能团数量将会消失。

3 生物炭吸附重金属改性研究

有研究表明，通过改性的方式能够增加生物炭中官能团的数量。王向前等[1]发现使用化学试剂对生物炭进行改性处理能够增加其对水溶液中重金属离子的吸附容量。Regmi P等[2]通过电镜观察发现，通过改性的仙人掌生物炭比普通生物炭的碳骨架更加明显，孔隙结构更加丰富，对重金属的吸附能力在5倍以上。Xue Y等[3]通过水热法制备的普通生物炭与添加过氧化氢的改性生物炭进行对比发现，改性生物炭对Pb2+的吸附量是普通生物炭的25倍。邓潇等[4]研究表明，单位时间内改性的玉米秸秆对Cd2+的吸附量是未改性生物炭的3.5倍；而改性花生壳生物炭的吸附量是未改性生物炭的2.5倍，而且改性生物炭的吸附平衡时间是未改性生物炭1/3。以上研究表明，改性生物炭在去除重金属污染上有较大的应用空间，在改性过程中可以增强生物炭的骨架结构和吸附能力。

而且通过特定改性方法能够修饰原来生物炭的结构，张越等[5]研究表明通过硝酸改性后的生物炭的比表面积是原来的1.98倍，总孔容积是原来的1.50倍，微孔容积是原来的1.91倍。这种孔径和孔容积的增加不仅能增加生物炭吸附重金属的能力，而且能够增强生物炭添加后土壤的缓冲性能[6]。

4 展望

①生物炭的利用不仅能够降低玉米秸秆等生物质由于废弃燃烧等带来的环境污染，而且施用生物炭能够丰富土壤中的营养元素、改善土壤环境；②生物炭添加到土壤后能通过其特有的孔隙结构、官能团与重金属离子的络合作用降低重金属离子的生物有效性，缓解土壤重金属污染的程度；③任何污染的治理都不是一种方法就能解决的，土壤环境复杂多变，需要因地制宜合理规划，采用多种治理方式结合的手段解决我国土壤重金属污染问题。

参考文献

[1]王向前，胡学玉，陈窈君，等.生物炭及改性生物炭对水环境中重金属的吸附固定作用[J].环境工程，2016（12）：32-37.

[2]Regmi P，Garcia Moscoso JL，Kumar S，et al. Removal of copper and cadmium from aqueous solution using switchgrass biochar produced via hydrothermal carbonization

process[J].Journal of Environmental Management，2012（17）：61-69.

[3]Xue Y，Gao B，Yao Y，et al. Hydrogen peroxide modification enhances the ability of biochar （hydrochar） produced from hydrothermal carbonization of peanut hull to remove aqueous heavy metals： Batch and column tests[J].Chemical Engineering Journal，2012（34）：673-680.

[4]邓潇，周航，陈珊，等.改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd2+的吸附[J].环境工程学报，2016（11）：6325-6331.

[5]张越，林珈羽，刘沅，等.改性生物炭对镉离子吸附性能研究[J].武汉科技大学学报，2016（1）：48-52.

[6]李瑞月，陈德，李恋卿，等.不同作物秸秆生物炭对溶液中Pb、Cd的吸附[J].农业环境科学学报，2015（5）：1001-1008.