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利用生物炭修复土壤重金属污染的可行性分析随着人类经济发展和城市化进程加快，土地资源被大量开发和利用，其中不可避免的就是土壤受到污染的问题。
重金属污染是一种常见的土壤污染类型，它对环境和人类健康产生不可忽视的影响，因此迫切需要一种有效的修复方法。
在此背景下，生物炭成为了一个备受关注的修复材料。
本文将尝试从生物炭的特性、利用生物炭修复土壤重金属污染的可行性等方面进行分析。
一、生物炭的特性生物炭是一种炭化生物质的产物，其制备过程是将生物质在高温下加热，并在缺氧或微氧的条件下炭化而得到的固体物质。
生物炭具有一系列特殊的物化性质，如其比表面积大、孔径分布广、亲水性差等，这些特性使得生物炭在许多领域都有着广泛的应用。
二、生物炭修复土壤重金属污染的可行性分析由于生物炭具有一系列独特的特性，因此，它被认为是一种有效的修复土壤重金属污染的材料。
下面将从几个方面进行分析。
（一）生物炭对土壤重金属的吸附作用一些研究表明，生物炭对土壤中的重金属具有很强的吸附能力，可以将重金属离子从土壤中吸附并固定在其表面。
这种吸附作用是一种无害化处理方法，因为它可以将有害的物质直接固定在生物炭中，从而减少对环境的污染。
（二）生物炭改善土壤环境除了具有吸附功能外，生物炭还可以改善土壤环境，从而减少重金属对植物生长的影响。
首先，生物炭可以调节土壤酸碱度，使得土壤的pH值变得更加适合植物生长。
其次，生物炭还能增加土壤的透气性、保水性和速效养分，从而改善土壤的物理性和化学性。
这些改善措施有助于提高土壤质量，使得土壤中的植物更加健康。
（三）生物炭对植物生长的影响生物炭不仅可以改善土壤环境，减少重金属对植物生长的影响，还可以作为一种增加植物生长的生物肥料使用。
研究表明，生物炭含有大量的有机质和微生物，这些物质可以作为植物的营养源，促进植物的生长。
此外，生物炭本身和其中包含的矿物质也能够为植物提供养分。
（四）生物炭的使用效果利用生物炭修复土壤是一种较新的处理方法，因此其效果还需要进一步研究。
现代农业研究生物科学我国是农业大国，而土壤是进行农业生产的基础，土地资源的可持续利用是现代农业持续发展的前提。
目前，生物炭在土壤环境修复方面的应用主要包括土壤固碳、土壤理化性质的改良、土壤重金属污染修复以及土壤有机污染物的治理。
生物炭是指农林废弃物等在无氧或限氧的条件下，经高温热解制备的一类含碳量高，比表面积大的高度芳香化的固体物质，为黑炭的一种。
由于生物炭具有原料来源广、比表面积大、孔隙发达、稳定性强等特征而被广泛应用于各行各业。
生物质在土壤固碳、土壤改良、污染物吸附等领域的应用得到了较好的效果，现已成为环境科学领域研究的热点。
生物炭表面含有丰富的孔隙结构，这种结构有利于土壤微生物的生长[1]，同时其含有的基团主要有羧基、酚羟基、内酯、羰基等，这些基团的存在构成了生物炭良好的吸附特征，可以吸附水、无机离子（铜离子、铅离子、汞离子等）以及极性和非极性有机化合物，同时还可以促进植物对营养元素的吸收。
由于生物炭主要由环芳烃和烷基组成，从而使其稳定性极高。
这也使它能在土壤中稳定存在几百年甚至上万年，在其长期提升土壤有机质的同时将碳源固定在土壤中达到缓解温室效应的目的，因此，生物炭在固碳方面的应用研究得到了广泛的关注。
1生物炭固碳的机制有学者对各类生物炭的矿化规律进行了评估，通过模型证明生物炭在100年的时间里只有3-26%的碳被矿化，且各类生物炭的半衰期在102到107年之间,验证了生物炭无可替代的固碳效果[2]。
Lehmann 团队关于生物炭能够减少大气CO 2气体排放的概念模型中说到植物经历正常的生长吸收CO 2最后残体返回土壤被矿化分解成CO 2返回大气中，整个过程大气C 的削减量为0，该循环过程为碳中性[3]。
如果将植物残体热解生物炭在土壤固碳方面的应用研究进展（江西离子型稀土工程技术研究有限公司341000）【摘要】生物炭是一种由农林废弃物等物质在无氧或低氧的环境下经高温裂解得到的含碳量很高的固体物质。
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作者：梁慧李如美朱钰晓刘同金李瑞娟房锋来源：《安徽农业科学》2024年第06期摘要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。
生物炭作为来源广泛、制备简单，比表面积大、表面官能团丰富、孔隙结构发达的材料，被广泛应用于农业、生态修复和环境保护领域。
从生物炭的来源与制备工艺、对污染物的吸附机理、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。
关键词生物炭；重金属；有机物；土壤修复中图分类号 X 53 文献标识码 A文章编号 0517-6611（2024）06-0017-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.004开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Research Progress of Biochar for Remediation of Heavy Metal and Inorganic Pollutant in Soil LIANG Hui，LI Ru-mei，ZHU Yu-xiao et al（Institute of Plant Protection，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan，Shandong 250100）Abstract The pollution of heavy metals and organic matter in soil not only causes huge economic losses，but also seriously threatens human health.Biochar is widely used in agriculture，ecological restoration and environmental protection because of its wide range of raw materials，simple preparation method，large specific surface area，rich surface functional groups and developed pore structure.In this paper，the source and preparation technology of biochar，the adsorption mechanism of pollutants，the influencing factors and the application status of biochar in soil heavy metal and organic pollution remediation were reviewed.at the same time，the research focus of biochar materials in contaminated soil remediation was prospected，in order to provide reference for the application of biochar in soil pollution remediation.Biochar is widely used in agriculture，ecological restoration and environmental protection because of its wide range of raw materials，simple preparation method，large specific surface area，rich surface functional groups and developed pore structure.In this paper，the source and preparation of biochar，the adsorption mechanism of pollutants，the influencing factors and the application status of biochar in soil heavy metal and organic pollution remediation were reviewed.Finally，the research focus of biochar materials in contaminated soil remediation was prospected，in order to provide reference for the application of biochar in soil pollution remediation.Key words Biochar;Heavy metal;Organic pollutants;Soil remediation随着现代工农业生产的快速发展，大量的无机、有机类污染物进入土壤环境中。
生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制一、本文概述本文旨在探讨生物炭对土壤酶活性和细菌群落的影响及其潜在的作用机制。
生物炭作为一种由生物质经热解或气化产生的富含碳的固体产物，近年来在农业和环境科学领域引起了广泛关注。
由于其具有多孔性、高比表面积和良好的吸附性能，生物炭在改善土壤质量、提高土壤酶活性以及调控土壤微生物群落结构方面显示出巨大潜力。
本文首先介绍了生物炭的基本性质和制备方法，为后续研究提供基础。
接着，通过综述相关文献和实验数据，分析了生物炭对土壤酶活性的影响。
土壤酶作为土壤生物化学反应的重要催化剂，其活性直接影响着土壤中有机物的分解和养分的转化。
本文详细探讨了生物炭对几种关键土壤酶（如脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶等）活性的影响及其机制。
本文还重点研究了生物炭对土壤细菌群落的影响。
土壤细菌作为土壤生态系统中最丰富和最重要的微生物类群之一，对土壤肥力和作物生长具有重要影响。
通过高通量测序等现代分子生物学技术，本文分析了生物炭处理下土壤细菌群落结构的变化，并探讨了生物炭对细菌群落多样性和功能的影响及其机制。
本文旨在全面解析生物炭对土壤酶活性和细菌群落的影响及其作用机制，为生物炭在农业可持续发展和生态环境保护中的应用提供科学依据。
二、生物炭对土壤酶活的影响土壤酶是土壤生物化学反应的重要驱动力，对土壤肥力和微生物活动具有重要影响。
生物炭作为一种新型的土壤改良剂，其对土壤酶活的影响一直是研究热点。
本部分将探讨生物炭对土壤酶活的影响及其可能的作用机制。
生物炭的施入可以显著提高土壤中某些酶的活性。
这主要归因于生物炭的多孔结构和巨大的比表面积，为土壤酶提供了更多的附着位点，从而增强了酶的活性。
生物炭的碱性特性也有助于提高土壤中某些酶的活性，尤其是在酸性土壤中。
生物炭对土壤酶活的影响还与其自身的理化性质密切相关。
生物炭的含碳量、灰分含量、表面官能团等特性都会影响其与土壤酶的相互作用。
例如，生物炭表面的负电荷可以吸引带正电荷的酶分子，从而增强酶的活性。
改性生物炭的制备及其在环境修复中的应用改性生物炭的制备及其在环境修复中的应用一、引言生物炭是一种由生物质经高温热解制备而成的固体材料，具有孔隙结构和高吸附性能。
由于其良好的环境友好性和广泛的应用潜力，生物炭已经成为全球环境科学领域的一个热门研究课题。
然而，传统生物炭的特性限制了其在环境修复领域中的应用。
因此，对生物炭进行改性以提高其性能和应用范围已成为当前研究的重点之一。
二、改性生物炭的制备方法改性生物炭是基于传统生物炭经过一系列化学和物理改性处理后得到的产物。
目前，有多种方法可用于制备改性生物炭，如浸渍法、热解法和氧化法等。
1. 浸渍法浸渍法是将传统生物炭浸泡在特定溶液中，以改变其表面化学性质和孔隙结构。
常用的改性剂包括无机酸、碱和金属离子等。
通过浸渍法改性可以增加生物炭的表面活性位点，提高其吸附性能和催化活性。
2. 热解法热解法是将传统生物炭在高温下进行再加工，在高温下可激发生物炭内部化学反应，从而改变其结构和性质。
热解法改性生物炭主要通过调节热解温度和时间来控制生物炭的孔隙结构和表面化学性质。
3. 氧化法氧化法是利用氧化剂对传统生物炭进行氧化处理，以改变其表面化学性质和吸附性能。
常见的氧化剂有硝酸和过氧化氢等。
氧化法改性可以增加生物炭的含氧官能团，提高其表面覆盖和物质吸附能力。
三、改性生物炭在环境修复中的应用改性生物炭在环境修复中具有广泛的应用潜力。
以下是几个常见的应用领域。
1. 水体净化改性生物炭对水中有机污染物具有良好的吸附性能，可以用作水体净化材料。
通过调节生物炭的孔隙结构和表面化学性质，可以提高其对有机污染物的吸附能力和选择性吸附能力。
同时，改性生物炭还可以通过吸附和催化作用降解水中的有机污染物，从而实现水体净化的目的。
2. 土壤修复改性生物炭在土壤修复中也有着重要的应用价值。
传统生物炭由于其疏水性和孔隙结构限制了其在土壤修复中的应用。
而改性生物炭可以通过调节其表面亲水性和孔隙结构，提高其在土壤中的保水能力和养分保持能力。
生物炭碱处理导言：生物炭碱处理是一种有效的环境修复技术，可以用于土壤和水体的污染治理。
本文将介绍生物炭碱处理的原理、应用和效果，并探讨其未来发展的趋势。
一、生物炭碱处理的原理生物炭碱处理是利用生物炭对酸性环境进行中和的一种技术。
生物炭是一种由有机废弃物经过高温热解得到的炭质材料，具有高孔隙度和大比表面积的特点。
生物炭能够吸附并稳定有害物质，同时通过碱性反应中和酸性物质，从而调节土壤和水体的pH值，改善环境质量。
二、生物炭碱处理的应用1. 土壤污染治理生物炭碱处理可以用于修复受酸性污染的土壤。
酸性土壤常常导致植物生长受限，生物炭碱处理可以中和土壤酸性，改善土壤结构和肥力，提升植物生长环境。
此外，生物炭还能吸附土壤中的重金属和有机污染物，减少其对植物和生态系统的危害。
2. 水体污染治理生物炭碱处理也可以应用于水体污染治理。
酸性水体常常导致水生生物死亡和水质恶化，生物炭碱处理可以中和水体酸性，提升水质稳定性。
此外，生物炭还能吸附水体中的有机物和重金属，减少对水生生物的毒害，并促进水体中的生物链恢复。
三、生物炭碱处理的效果生物炭碱处理在土壤和水体的污染治理中具有显著的效果。
通过中和酸性物质，生物炭能够提高土壤和水体的pH值，改善环境质量。
同时，生物炭还能吸附有害物质，减少其对生态系统的危害。
研究表明，生物炭碱处理可以显著提高土壤肥力和植物生长，减少土壤侵蚀和水质污染。
四、生物炭碱处理的未来发展趋势随着环境问题的日益严重，生物炭碱处理技术在环境修复领域的应用前景广阔。
未来，生物炭碱处理技术将更加注重资源的可持续利用和循环利用，如利用农作物秸秆等有机废弃物生产生物炭，实现废物资源化。
同时，生物炭碱处理技术还需要进一步优化，提高吸附能力和稳定性，以适应不同环境的需求。
此外，生物炭碱处理技术还可以与其他环境修复技术相结合，形成多种修复方式的综合治理体系。
结论：生物炭碱处理是一种有效的环境修复技术，可以用于土壤和水体的污染治理。
生物炭改良污染土壤效能探究一、生物炭的概述与土壤污染背景生物炭是一种由生物质在缺氧或低氧条件下热解得到的固体物质，它具有高度的孔隙性、丰富的化学稳定性和较高的比表面积。
生物炭的这些特性使其在土壤改良、污染物固定、温室气体减排等方面展现出巨大的应用潜力。
随着工业化进程的加快，土壤污染问题日益严重，其中重金属污染、有机污染物和盐碱化等问题尤为突出。
土壤污染不仅影响农作物的生长和产量，还可能通过食物链对人类健康造成威胁。
1.1 生物炭的特性及其在土壤改良中的作用生物炭具有吸附、离子交换、缓冲pH值和增加土壤有机质等多种功能。
它可以提高土壤的保水性和通气性，改善土壤结构，从而促进植物根系的生长。
此外，生物炭的孔隙结构能够吸附土壤中的有害物质，减少污染物对植物的毒性。
1.2 土壤污染的类型与危害土壤污染主要包括无机污染物和有机污染物两大类。
无机污染物如重金属，可以通过植物吸收进入食物链，对人体健康构成威胁。
有机污染物如农药残留、石油烃等，长期积累会对土壤生态系统造成破坏。
土壤盐碱化则影响土壤的肥力和作物的生长条件。
二、生物炭改良污染土壤的机理与应用生物炭作为一种环境友好型材料，在改良污染土壤方面具有独特的优势。
本文将探讨生物炭如何通过物理、化学和生物作用改善土壤环境，以及其在实际应用中的效果。
2.1 生物炭对土壤物理性质的改善生物炭的加入可以显著改善土壤的物理性质。
它的孔隙结构有助于提高土壤的孔隙度，增加土壤的持水能力和通气性，从而改善土壤的排水和渗透性能。
此外，生物炭还能够增加土壤的团聚体稳定性，减少土壤侵蚀。
2.2 生物炭对土壤化学性质的调节生物炭具有调节土壤pH值的能力，能够缓冲土壤酸碱度，为植物生长提供适宜的化学环境。
同时，生物炭表面的官能团可以吸附土壤中的重金属离子和有机污染物，降低它们在土壤中的生物有效性，减少对植物的毒性。
2.3 生物炭对土壤生物活性的影响生物炭可以作为微生物的栖息地，增加土壤微生物的多样性和数量。
利用生物技术改善土壤质量在农业生产和环境保护中，土壤质量是一个至关重要的因素。
然而，由于长期的耕作和化肥农药的过度使用，土壤质量逐渐下降，导致了许多问题，如土壤酸化、养分流失和生物多样性减少等。
为了解决这些问题，生物技术被广泛应用于改善土壤质量，并取得了显著的成果。
一、生物修复技术生物修复技术是指利用微生物和植物来修复受到污染的土壤。
通过引入适合的细菌、真菌和其他微生物，可以降解土壤中的有害物质，恢复土壤的生态平衡。
例如，一些细菌可以降解农药残留，减轻土壤污染的程度。
此外，一些特定的植物也能够吸收和积累土壤中的重金属物质，从而减少土壤中重金属的浓度。
二、生物肥料的应用生物肥料是指利用微生物或生物制品来提供植物所需的养分的肥料。
与传统的化学肥料相比，生物肥料更加环保和可持续。
例如，一种被称为固氮菌的微生物可以将大气中的氮转化为植物可吸收的形式，为植物提供充足的氮源。
同时，生物肥料中的微生物还能分解有机质，促进土壤中养分的释放，提高土壤的肥力。
三、生物复合材料的制备生物复合材料是指利用生物质与其他材料相结合制成的材料。
生物复合材料可以应用于土壤改良，有效提高土壤质量。
例如，生物炭是一种通过高温热解生物质而得到的固碳材料，可以增加土壤的持水能力和保肥性。
此外，生物复合材料中的有机质能够促进土壤微生物的生长，增加土壤活性。
四、生物多样性的保护生物多样性对于维持土壤生态系统的平衡和稳定起着重要作用。
研究表明，生物多样性丰富的土壤具有更好的生物修复能力和养分循环能力。
因此，保护和恢复土壤的生物多样性是改善土壤质量的重要措施之一。
这可以通过避免过度耕作、合理轮作和增加植被覆盖等方法来实现。
综上所述，利用生物技术改善土壤质量是解决土壤污染和土壤退化问题的有效途径。
通过生物修复技术、生物肥料的应用、生物复合材料的制备以及生物多样性的保护，可以有效地提高土壤的质量，促进农业可持续发展和环境保护。
随着生物技术的不断发展和创新，相信在不久的将来，我们能够更好地利用生物技术来改善土壤质量，实现可持续农业发展的目标。
生物炭在农业生产中的应用进展目录一、内容概括 (2)1.1 研究背景与意义 (2)1.2 研究目的与内容 (3)二、生物炭概述 (3)2.1 生物炭的定义与特性 (4)2.2 生物炭的来源与制备 (5)2.3 生物炭在农业中的潜在价值 (7)三、生物炭在土壤改良中的作用 (7)3.1 改善土壤结构与通气性 (9)3.2 增加土壤有机质含量 (10)3.3 调节土壤酸碱度 (11)四、生物炭对作物生长的影响 (12)4.1 提高作物产量与品质 (13)4.2 促进作物抗逆性 (14)4.3 改善作物营养吸收 (15)五、生物炭在农业生产中的具体应用 (16)5.1 生物炭作为有机肥料的应用 (18)5.2 生物炭在土壤修复中的应用 (19)5.3 生物炭在病虫害防治中的应用 (20)六、生物炭应用中的问题与挑战 (21)6.1 生物炭的环境影响评估 (22)6.2 生物炭的成本效益分析 (24)6.3 生物炭应用的法规与政策限制 (25)七、生物炭在农业中的未来发展趋势 (26)7.1 新型生物炭材料的研发 (27)7.2 生物炭与其他农业技术的融合 (29)7.3 生物炭在全球农业中的应用前景 (30)八、结论 (31)8.1 研究总结 (32)8.2 研究展望 (33)一、内容概括本文全面综述了生物炭在农业生产中的应用进展，从生物炭的性质与制备出发，详细探讨了其在土壤改良、肥料替代、病虫害防控以及作物种植等方面的应用效果和作用机制。
结合具体案例，分析了生物炭在不同农业环境下的应用策略及其对农产品品质和产量的影响。
还对生物炭应用的挑战与前景进行了展望，指出生物炭作为一种绿色、可持续的农业材料，有望在未来农业生产中发挥更加重要的作用。
1.1 研究背景与意义随着全球人口的持续增长和人均生活水平的提高，对食物的需求也在不断增加，这给全球的农业生产带来了巨大的压力。
传统的以化肥和农药为主的农业模式虽然在短期内提高了粮食产量，但长期来看，它导致了土壤退化、水体富营养化和生态系统的失衡，这对农业生产可持续性构成了严重挑战。
生物炭的主要改性方法及其在污染物去除方面的应用1. 引言1.1 生物炭的意义和研究价值生物炭是一种由生物质经过高温裂解制得的黑色炭质物质，具有多孔结构和较大比表面积。
由于其良好的吸附性能和化学稳定性，生物炭被广泛应用于环境领域，并成为当前研究的热点之一。
生物炭的意义和研究价值体现在以下几个方面：首先，生物炭能够有效改善土壤的物理性质、化学性质和生物性质，促进土壤团聚体的形成，提高土壤肥力和抗逆性，对于改善土壤环境、增加作物产量具有重要意义。
其次，生物炭具有优异的吸附性能，可以用于污水处理、重金属离子去除、有机污染物降解等领域，有效清除水体和土壤中的污染物。
此外，生物炭还可以作为碳负载技术的一种手段，固定和封存大气中的二氧化碳，有望成为减缓气候变化的一种可持续途径。
综上所述，生物炭具有重要的环境应用潜力和研究价值，对于改善环境质量、提高资源利用效率具有积极作用。
随着对生物炭性能和应用的深入研究，其在环境领域的应用前景将更加广阔。
2. 正文2.1 生物炭的主要改性方法生物炭的主要改性方法包括物理改性和化学改性两种主要方式。
物理改性方法主要是通过改变生物炭的孔径结构和表面性质来提高其吸附性能，常见的方法包括活化处理、热处理、表面改性剂等。
化学改性方法则是在生物炭表面引入不同的官能团，如羧基、氨基、磷酸基等，以增加其吸附活性和选择性。
在物理改性方面，活化处理是最常见的方法之一，通过高温碳化和氧化反应，增加生物炭的孔隙度和比表面积，提高吸附能力。
热处理可以提高生物炭的稳定性和吸附性能，同时去除残留的有机物和挥发性物质。
表面改性剂可以改变生物炭表面的化学性质，增加其对某些特定污染物的吸附亲和性。
生物炭的主要改性方法包括物理改性和化学改性两种方式，通过这些改性方法可以提高生物炭的吸附性能和选择性，进而拓展其在污染物去除领域的应用。
2.2 生物炭在重金属污染物去除中的应用生物炭在重金属污染物去除中的应用是一项重要的研究领域。
. word范文 生物炭在农田土壤修复方面的应用
河北师大化学与材料科学学院农业项目组 盛建维
一、生物炭概述
生物炭是生物有机材料（生物质）在缺氧或绝氧环境中，经低温热裂解后生成的固态产物。既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等，可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案，属于秸秆废弃资源高值化利用的范畴。 生物炭不是一般的木炭，是一种碳含量极其丰富的木炭。它是在低氧环境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其它农作物废物碳化。这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被科学家们称为“生物炭”。它的理论基础是：生物质，不论是植物还是动物，在没有氧气的情况下燃烧，都可以形成木炭。 生物炭是一种经过高温裂解“加工”过的生物质。裂解过程不仅可以产生用于能源生产的气体，还有碳的一种稳定形式——木炭，木炭被埋入地下，整个过程为“碳负性”（carbon negative）。 生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。事实上，之所以肥沃的土壤大都呈现黑色，就是因为含碳量高的缘故。英国环保大师詹姆斯·拉夫洛克称，生物炭是减轻灾难性气候变化的唯一希望。研究人员也表示，生物炭也能提高农业生产率，减少对碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。更妙的是，它把碳锁定在生物群内，而非让它排放到空气中。 制作生物炭的现代方法是在低氧环境下用高温加热植物垃圾，使其分解。日前，气候专家找到了更清洁环保的方式，进行工业规模二氧化碳固定，利用巨型微波熔炉将二氧化碳封存在“生物 . word范文 炭”中，然后进行掩埋。这种特制“微波炉”将成为战胜全球变暖的最新利器。因此，该技术每
年可以减少向空气中排放几十亿吨二氧化碳。日前不少人将生物炭技术视为目前为止解决气候变暖问题的“尚方宝剑”，一种“气候变化减缓”战略和恢复退化土地的方式。有些专家甚至声称，生物炭可吸收如此多的二氧化碳，以至地球能恢复到工业化之前的二氧化碳水平。 近年，生物炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复方面都展现出应用潜力，为解决粮食危机、全球气候变化等环境问题，提供了新的思路。此外，生物炭还在获取生物质能、废弃生物质资源化以及碳排放贸易等方面有着重要地位。近年来学界关于生物炭在土壤肥力改良、大气碳汇减排以及土壤污染修复等方面的研进展， 并扼要分析了生物炭研究的前景和方向，为生物炭技术的应用和推广提供一定的思路。 二、生物炭的结构和基本特性 生物炭的组成元素主要为碳、氢、氧等，而且以高度富含碳( 约 70% —80% ) 为主要标志，可以视为纤维素、羧酸及其衍生物、呋喃、吡喃以及脱水糖、苯酚、烷属烃及烯属烃类的衍生物等成分复杂各异的含碳物质构成的连续统一体，其中烷基和芳香结构是最主要的成分。从微观结构上看，生物炭多由紧密堆积、高度扭曲的芳香环片层组成，X 射线表明其具有乱层结构( turbostratic structure)。生物炭表面多孔性特征显著，因此具有较大的比表面积和较高的表面能。表面极性官能团较少，主要基团包括羧基、酚羟基、羰基、内酯、 吡喃酮 、酸酐等，构成了生物炭良好的吸附特性。随着研究的推进，研究者还发现生物炭具有大量的表面负电荷以及高电荷密度的特性由于原材料、技术工艺及热解条件等差异、生物炭在结构和 pH、挥发分含量、灰分含量、持水性、表观密度、孔容、比表面积等理化性质上表现出非常广泛的多样性，进而使其拥有不同的环境效应和环境应用。目前，学界普遍认为生物炭的原材料和热解温度对炭质理化性质和环境功能影响最为显著。①前体原料成分是决定生物炭组成及性质的基础，如动物生物质来源与植物生物质来源的生物炭相比，C /N 比例较低，灰分含量更高，导致生物炭的阳离子交换量( Cationic Exchange Capacity， CEC) 和电导率( electricalconductivity， EC) 更高。② . word范文 关于生物炭热解温度对其环境应用特性的影响一直是研究的热点，如 Antal 等曾经讨论了温度对
炭质材料的孔结构比表面积和吸附特性之间的关系，并根据生物质热解情况分为 ＜ 250 ℃ 、250 ℃ —290 ℃ 、 ＞ 290 ℃ 3 个机理显著不同的阶段。 三、生物炭对有机污染物的吸附行为 目前国内外学术界对有机污染物在含有生物炭的土壤 /沉积物上的吸附/解吸研究比较成熟， 对生物炭的吸附机理看法也相对一致。多数研究人员采用二元吸附模式( Dual-mode Sorption) 来描述含有生物炭的土壤 /沉积物上的吸附 /解吸过程， 认为土壤中存在着两种不同吸附特性的土壤有机质 : 一部分是无定形有机质 ( AOM)，即通常认为的“软碳 ”，具有松散的非刚性橡胶质 结构， 对有机污染物吸附机理常以线性分配为主；另一部分是包含生物炭在内的含碳质 地吸附剂 ( CG) ， 即通常认为的“硬碳 ”、 具有致密的刚性玻璃质结构、对有机污染物吸附机理常以非线性表面吸附为主。而有机污染物被吸附的具体机理则由两种碳的比重决定。 3.1生物炭对土壤 /沉积物中有机污染物的吸附具有以下特点: (1 ) 吸附容量大， 具有显著的非线性。 专家比较其与土壤对敌草隆的吸附作用 ， 发现当敌草隆含量在 0—6 mg· L － 1 范围时， 作为生物炭重要来源的植物热解灰分的吸附效果是土壤的 400—2500倍， 且当前者的含量大于 0．05% 时生物炭吸附效果即起主导作用。而 Nguyen 等对底泥中的生物黑炭含量进行测定， 认为底泥中具有超强吸附能力的生物炭成分的大量存在是导致环境中有机污染物的分配系数增大的原因。 (2) 存在明显的竞争作用。 如研究人员观察到， 土壤 /沉积物中的生物炭与纯净的生物炭相比， 对有机污染物的吸附常数要小一个数量级， 他们认为这种衰减可能源于生物炭吸附时土壤有机物与有机污染物的竞争作用。这种竞争作用 还表现在污染物之间 ， 如有研究发现， 当有芘和蒽存在时， 菲在生物炭上的吸附系数( KF) 由 106.05 分别下降到 105.24 和 104.60，而且菲的吸附随着共存多环芳烃浓 . word范文 度的增加， 下降程度加。
(3 ) 吸附机理取决于生物炭的成分和组成。 例如，吴成等发现低温热解得到的生物炭中无定型组分含量相对较高， 此时菲在生物炭上遵从线性分配机理， 其吸附容量、 解吸迟滞和最大不可逆吸附量都较低，而较高温度下得到的生物炭高度芳构化， 浓缩型组分居于主要地位， 吸附机理趋于非线性表面吸附， 其吸附容量、 解吸迟滞和最大不可逆吸附量都显著升高． 此外， 研究发现， 对于在低温或者加热时间较短获得的生物炭， 因为含有较多的无定形结构， 不能忽略线性分配的贡献。部分专家认为随着热解温度的提高， 生物炭由比较灵活的脂肪相向比较紧密的芳香相过渡， 吸附从以线性分配为主 向 以 非 线 性 吸 附 为 主 转 变， 并 且 指 出 反 映 芳 构 化 程 度 H /C 比 与 反 映 非 线 性 程 度 的Freundlich 指数具有良好的相关关系， 因此可将 Freundlich 指数作为对热解温度的指示。 (4) 动力学过程存在明显的快阶段和慢阶段，有机污染物在生物炭上的吸附由多个过程控制。 如周尊隆等研究生物炭对菲的吸附动力学后认为， 菲在生物炭样品上的吸附动力学过程可以分为极快、 快和慢 3 个阶段， 在菲从水相向各个生物炭组分的迁移过程中 ， 经历了水膜扩散、 吸附剂颗粒表而扩散和吸附剂内部微孔扩散等多个过程， 具有过程的复杂性和多样性。 3.2生物炭对重金属的吸附行为
目前，关于生物炭对重金属吸附行为的研究还比较少， 因此机理的阐述上还存在不同的意见。有研究认为， 生物炭对重金属离子主要依靠表面吸附。生物炭具有较大的比表面积和较高表面能，有结合重金属离子的强烈倾向 ， 因此能够较好地去除溶液和钝化土壤中的重金属。如吴成等研究了玉米秸秆燃烧物提取的生物炭对汞、 砷、 铅和镉离子的吸附， 认为生物炭对重金属离子的吸附为亲合力极弱的非静电物理吸附， 是可逆吸附， 并且金属离子水化热越大， 水合金属离子越难脱水， 越不易与生物炭表面位反应。专家比较了动物粪肥在 200 ℃ 和 350 ℃ 下烧制的生物炭与商品活性炭对 Pb 的吸附效果，认为生物炭对 Pb 的吸附机制可以用表面配合吸附—沉淀 . word范文 机制描述: 一方面， 生物炭富含磷元素以及施用后 使 溶 液 pH 提 高， 导 致 Pb 在 富 含 磷
酸 盐 和 碳 酸 盐 的 环 境 下 形 成 诸 如 Pb3 ( CO3 ) 2 ( OH ) 2、β-Pb9 ( PO4) 6 等沉淀而降低 Pb 在溶液中的有效性; 另一方面， 生物炭富含 π电子基团和含氧官能团， 能直接从溶液中吸附 Pb2 + 。他通过两种机制在 Langmuir-Langmuir 二元模型下各自拟合的最大吸附量得出 ， 84% —87% 的 Pb2 + 通过与生物炭中富含的磷酸盐和碳酸盐发生沉淀作用而被吸附， 仅 13 % —16%的 Pb2 + 通过表面配合吸附作用被吸附。生物炭对重金属的吸附存在以下特点:(1 ) 吸附能力强。在 200 ℃ 条件下提取的生物炭对 Pb2 + 的吸附量达到 680 mmol· kg － 1 ，是活性炭吸附效果的 6 倍。 (2) 吸附效果同生物炭的烧制温度和前体材料有关。专家认为所有由粪肥制造的生物炭随温度变化的特点相似， 比表面积 、 含碳量以及 pH 都随着温度的升高而升高， 100 ℃ 温度下烧制的生物炭能够吸附 93 % 的 Pb2 + ， 而 200 ℃ 和 350 ℃ 几乎能够吸附溶液中所有的 Pb2 + 。Liu 等在 300 ℃ 下用水热法烧制的以松木和稻糠为材料的生物炭在 318 K 的环境中对 Pb2 + 的吸附量分别为 4． 25 mg· g － 1 和2． 40 mg· g － 1 ． Pb2 + 或 Cd2 + 吸附初始添加浓度相同时， 热解温度为 150 ℃ —300 ℃ 时， 生物炭中极性基团含量增加， 生物炭吸附 Pb2 + 和 Cd2 + 的量增大; 热解温度为300 ℃ —500 ℃ 时， 生物炭中极性基团含量减少。 四、生物炭改良土壤肥力研究 4.1研究现状 对生物炭提升土壤肥力的报道最初见于对南美亚马逊流域黑土 terra preta 的研究中。这种高质量黑色壤土是当地居民先人烧制生物炭质改良之后的耕作土， 其生物炭平均含量超出周围土壤的 4 倍， 部分地区甚至高达 70 倍。早在 1879 年， Herbert Smith 在其出版的《Scribner's Monthly》 一书中就注意到当地烟草和甘蔗的富饶多产与富含生物炭的黑土密切相关。自从 20 世纪 40 年代确认黑土的产生源于人工之后， 作为一种肥沃的土地资源， 人们对它的研究一直在进行． 被誉为“生物炭教父”的 WimSombroek 于 1966 年在其专著《Amazon Soils》 中详细描
