生物炭对土壤重金属的吸附

生物炭对土壤重金属的吸附

作者：韩学滨张凡

来源：《山东工业技术》2015年第17期

（中铁（石家庄）设计研究院有限公司，石家庄 050000）

摘要：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。

关键词：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。

轻工业也会有大量的固体废弃物，其中不乏含较多碳的物质。例如，制糖产业中，在制糖后会产生大量的甘蔗渣和甜菜渣，是制备生物质碳的理想材料。

活性污泥法处理污水的过程中，会产生大量的剩余污泥，目前处理污泥的方法为填埋和焚烧，考虑到污泥中含丰富的C、N、P等营养物质，成为生物炭加入土壤中还可以促进植物的生长，是制备生物炭的优质材料。

藻类分为大分子藻类和微藻类，大分子藻类常见于湖泊中，而微藻个体极小。微藻类脂类含量较高，适合于生产生物燃料。大分子藻类脂类含量较低，且繁殖速度非常快，可以用来制备生物质碳。

3 生物炭的制备

以小麦秸秆为例

（1）小麦前期处理：取适量小麦秸秆，自来水清洗，洗净并风干一天，在80℃恒温干燥箱烘干12小时。然后粉碎，过80目筛，放置于棕色瓶保存备用。

（2）小麦秸秆生物炭的制备：生物炭的制备采用限氧升温碳化法。具体操作：取过80目的小麦颗粒，放入干锅中，放满，不留空隙，放入马弗炉中加热，温度分别为200℃、300℃、500℃、600℃下加热6小时，冷却至室温，取出，制得生物炭加400ml 1mol/L的HCl 进行酸洗6小时，去除灰分，经过滤，用蒸馏水洗至中性，80℃烘干12小时，置于棕色瓶中备用，制得的生物炭分别记为W200、W300、W400、W500、W600，WX其中W代表小麦秸秆，X代表炭化温度。

小麦秸秆制备是通过图1的流程完成的。

4 展望

未来生物质碳的制备重点是发展绿色、反应条件温和的转化方法，以及通过选择活化剂种类与含量、活化方法、催化剂种类与含量对生物质炭微孔结构、表面官能团的调控。在环境领域的应用可有效治理水体和土壤方面的环境污染。

参考文献：

[1]杨放，李心清，王兵，程建中.生物炭在农业增产和污染治理中的应用[J].地球与环境，2012，40（03）：100-107.

[2]王怀臣，冯雷雨，陈银广.废物资源化制备生物质炭及其应用的研究进展[J].化工进展，2012，31（04）：907-914.

[3]Cao X.L Ma.Dairy-manure derived biochar effectively sorbs lead and

alrazine[J].Environmental Science &Technology，2009，43（09）：3285-3291.

作者简介：韩学滨（1983-），男，河北廊坊人，本科，工程师，研究方向：环境工程。