生物质炭的应用

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。

生物质炭表面官能团
生物质炭是一种由植物或其他生物质材料制成的炭素材料。

它具有高孔隙度、高比表面积和良好的生物降解性能，因此被广泛应用于土壤改良、环境污染治理、能源储存等领域。

生物质炭表面官能团是指炭素表面上的化学官能团，如羟基、羧基、酮基、醛基等。

这些官能团使得生物质炭具有更多的化学反应位点，可以与其他化合物进行反应，从而扩展了其应用范围。

例如，生物质炭经过酸处理后，表面会出现大量的羟基官能团，这使得其具有良好的吸附性能，可用于去除水中的重金属离子、有机物等污染物。

同时，生物质炭还可以通过化学修饰方法，引入其他官能团，如氨基、磷酸基等，进一步提高其降解性能和催化性能，用于环境治理和能源储存等领域。

因此，研究生物质炭表面官能团的种类和数量，对于优化其性能和拓展其应用具有重要意义。

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生物质炭在农出生态系统中的应用摘要近年来，生物质炭作为一种应对气候变化实现农田生态系统固碳减排的重要措施, 被广泛应用于各类室内以及出间试验中，因此施用生物炭已经成为一种实现农田生态系统固碳减排的双贏策略。

通过总结归纳生物炭对作物产疑、酸性土壤理化性质、温室气体排放以及固碳等方面的影响，以期为实现生物炭在农出生态系统中的推广应用提供理论依据。

关键词生物质炭：气候变化；作物产量；温室气体排放：农田生态系统：应用人类的农业生产活动以及其他措施大幅度影响丄壤碳氮循环变化，英表现和影响之一就是大气中温室气体的含量不断增加，从而导致全球气候持续变暖等负而效应【1】。

如何减少上地利用中温室气体排放增加陆地生态系统碳汇是当前减缓气候变化研究的热点【2】。

上壤是陆地生态系统的主要碳库，而上壤碳库对上壤肥力以及作物产量等有重要的影响。

碳、氮循环是农田生态系统最基本的生态过程，受到人为作用的影响和调控，同时对农阳生态系统的稳左性、生产力及其环境效应具有关键性的影响。

由于施吧量大、用地方式不合理等原因造成的上壤肥力退化、上壤酸化等情况，严重威胁着环境安全以及可持续发展的落实。

因此，找到切实可行的减排固碳措施能够达到生产与环境的双贏。

为了应对丄壤碳库以及气候变化，各类措施已经被广泛实施与应用，但是效果并不显著。

例如秸秆还田虽然可以增加蔬菜产量，但是由于上壤的矿化作用等过程，并不能对上壤碳库产生持续的彫响（短于30年），还会造成温室气体排放的增加。

而生物炭由于英在上壤中的稳泄性以及其碳负性固碳理念，在近些年来被作为一种良好的减排措施广泛应用于各类试验中。

生物炭是指各种有机植物残体在无氧条件下高温热解或者气化后的固态产物的统称，能够有效减少农业生态系统中N2O的排放，增加农业上壤有机碳含量并且不增加或者少量增加CH4与CO2的排放。

同时，生物炭还能够改良丄壤，提高作物的生产力，因而可以作为农业应对气候变化的增汇、增产的双赢途径。

生物质制备炭素材料在能源领域中的应用前景炭素材料是一类关键材料，广泛应用于能源、电子、环保等多个领域。

目前，优化传统石墨化过程和发展新型生物质炭素合成技术已经得到了广泛的关注。

生物质炭素因其资源丰富、其制备过程对环境无污染等特点而备受瞩目。

相信如果能有效地利用生物质技术去制备足够多的生物质制备炭素材料，则将有助于加强炭素材料的实现规模化、产业化，从而开拓炭素材料在能源领域中的应用前景。

技术路线由于未能在较高温度下高效的制备出纯炭材料，众多研究人员纷纷转向生物质炭材料的制备。

在炭化过程中，能源产生和废气的排放成为限制生物质资源利用的两大约束因素。

相比之下，从结果上来看，用生物质制造炭素材料在环境理解上比采用传统的石墨化过程低能耗、无污染优越许多。

通过加热木质素与蛋白质等生物质材料，可以从中制得不同形状的生物炭，在商业上作为各类高级产品的材料使用。

尤其是目前生物质炭材料在新能源领域的广泛应用及制备方法上的研究越来越受到欢迎。

尤其是目前生物质炭材料在新能源领域的广泛应用及制备方法上的研究越来越受到欢迎。

生物质为炭材料提供了源源不断的商业投资机会，这种资金投入使研究人员能够更全面更全面的探索新型生物炭材料的性质，从而促进生物质技术的应用和生物质经济的发展。

生物质制备炭材料的作用在各个能量领域中，炭材料都有着天然的优势。

生物质材料的炭材料开发作用方兴未艾，具有其独特的能量储存、传输性能和再利用的特性。

生物质炭材料的制备、测试及其应用的技术已经取得了密集的研究进展，广泛应用于核电站、电池、超电容器、储氢罐、晶体管以及电力热电站压力容器等领域。

其中，烷基炼油工业、煤化工、汽车零部件、空调等功能应用购领域对生物质炭材料需要最多。

现有研究表明，相对于传统方法制备的炭材料，生物质制备的炭材料具有无污染、资源丰富、成本低、制备过程简单的诸多优势。

生物质生产的废弃物能够成为raw material，使生物炭材料的制备更加利于产业化，并且过程对环境的影响也会降低。

生物炭及改性生物炭的制备与应用研究进展一、概述生物炭，一种由生物质在缺氧或完全缺氧的条件下经高温热解产生的富含碳素的固态物质，近年来在环境、农业、能源等多个领域引起了广泛关注。

其独特的物化特性，如高孔隙度、大比表面积和优异的吸附性能，使得生物炭在土壤改良、污水处理、大气净化、能源储存等方面展现出巨大的应用潜力。

随着对生物炭研究的深入，改性生物炭的概念也应运而生。

改性生物炭是在原始生物炭的基础上，通过物理、化学或生物等手段，进一步优化其性能，拓宽其应用领域。

本文旨在综述生物炭及其改性产物的制备方法，以及它们在农业、环境保护、能源储存和材料科学等领域的应用研究进展，以期为生物炭的进一步开发利用提供科学依据。

1. 生物炭与改性生物炭的定义与特性生物炭（Biochar）是一种由生物质在缺氧或低氧条件下经过热解或气化等热转化过程生成的炭化材料。

它具有丰富的孔隙结构和优良的吸附性能，是一种重要的环境材料和能源载体。

生物炭的主要成分是碳，除此之外还含有氢和氧等元素，这些元素的含量取决于热裂解方法和炭化最终温度，而与原料类型关系不大。

随着炭化温度的升高，生物炭中碳元素的含量增加，而氢和氧的含量则相应降低。

改性生物炭则是在生物炭的基础上，通过物理、化学或生物方法进行改性处理，以进一步改善其吸附性能、提高其对特定污染物的去除能力或赋予其新的功能特性。

改性生物炭的制备方法多种多样，包括酸处理、氧化处理、还原处理、热处理、负载金属或纳米颗粒等。

生物炭及改性生物炭具有多种优良特性，如高比表面积、丰富的孔隙结构、良好的吸附性能、稳定性强、环境友好等。

这些特性使得生物炭及改性生物炭在农业、环保、能源等领域具有广泛的应用前景。

例如，在农业领域，生物炭可以用于土壤改良，提高土壤保水保肥能力，促进作物生长在环保领域，生物炭及改性生物炭可以用于污水处理、废气处理、固废处理等，有效去除污染物，提高环境质量在能源领域，生物炭可以作为可再生能源的载体，用于生产生物燃气、生物油等。

生物质热解制备高品质炭材料及其功能化应用生物质热解是利用高温条件下无氧加热产生的化学反应，将生物质转化为炭材料的一种方法。

与传统的化石燃料相比，生物质热解制备的炭材料具有更低的碳排放和环境影响，因此被广泛地应用于环境保护、能源储存等领域。

本文将介绍生物质热解制备高品质炭材料的方法及其功能化应用。

一、生物质热解制备高品质炭材料的方法生物质热解制备炭材料的关键在于选择适当的生物质原料和热解条件。

常用的生物质原料包括木材、秸秆、稻壳等，这些材料中含有丰富的碳水化合物和纤维素，是制备炭材料的理想原料。

热解条件通常是在高温下进行，一般在450℃至1000℃之间，热解时间也很重要，一般需要几小时至几十小时不等。

在热解过程中，生物质会分解为气态、液态和固态产物。

气态产物主要是水蒸气、CO2和少量的其他气体，液态产物包括生物油和酚类化合物，而固态产物就是炭材料。

为了获得高品质的炭材料，需要优化热解参数，如热解温度、热解时间、升降温速率等。

二、高品质炭材料的功能化应用高品质的炭材料具有很多优异的性能，如高比表面积、低密度、优异的机械强度和耐化学腐蚀性等，这些性质使其广泛应用于环境治理和能源储存领域。

1.环境治理生物质炭材料可以吸附各种有机和无机污染物，如有机染料、重金属离子等。

炭材料具有高比表面积和孔隙结构，可以提高吸附性能。

此外，生物质炭材料还可以作为吸附剂、废水处理剂、气相过滤器等，对环境污染具有良好的治理效果。

2.能源储存生物质炭材料可以作为电容器电极材料，用于储存电能。

炭材料具有优异的导电性和孔隙结构，可以提高电容器的能量密度和功率密度。

此外，生物质炭材料还可以作为锂离子电池的负极材料，用于储存电能。

炭材料具有大量的微孔和介孔，可以提高锂离子电池的循环性能和能量密度。

结论生物质热解制备高品质炭材料是一种绿色、可持续的方法，具有优异的性能和广泛的应用前景。

生物质炭材料可以用于环境治理、能源储存等领域，对减缓能源短缺、改善环境质量发挥重要作用。

热解生物质炭对土壤污染物吸附行为一、热解生物质炭概述热解生物质炭是一种通过热解过程得到的固体碳材料，它具有高比表面积、多孔性、化学稳定性和可调节的表面化学性质等特点。

这些特性使得热解生物质炭在环境修复领域，尤其是土壤污染物的吸附和处理方面，展现出巨大的潜力和应用前景。

1.1 热解生物质炭的制备热解生物质炭的制备过程通常包括干燥、碳化和活化三个步骤。

首先，生物质原料经过干燥去除水分，然后在无氧或低氧条件下进行碳化，最后通过物理或化学方法进行活化，以增加其比表面积和孔隙结构。

1.2 热解生物质炭的物理化学特性热解生物质炭的物理化学特性包括其形态、粒径、比表面积、孔容和孔径分布等。

这些特性直接影响其对土壤污染物的吸附能力。

此外，热解生物质炭的表面化学性质，如含氧官能团的种类和含量，也对吸附行为具有重要影响。

1.3 热解生物质炭的环境应用热解生物质炭在环境修复领域的应用主要包括土壤重金属污染的吸附、有机污染物的去除、土壤肥力的提高以及作为土壤改良剂等。

其多孔结构和表面活性位点为污染物的吸附提供了有效的物理和化学作用力。

二、土壤污染物的类型与特性土壤污染物主要包括重金属、有机污染物、农药残留等，它们对土壤生态系统和人类健康构成了严重威胁。

了解土壤污染物的类型和特性，对于选择合适的热解生物质炭进行吸附处理至关重要。

2.1 土壤重金属污染重金属如铅、镉、汞和砷等，因其不易降解和生物累积性，对土壤和地下水环境构成了长期污染风险。

重金属的化学形态、价态和生物可利用性是影响其吸附行为的关键因素。

2.2 土壤有机污染物有机污染物包括多环芳烃、农药、持久性有机污染物等，它们具有高毒性、持久性和生物累积性。

有机污染物的分子结构、溶解度和挥发性等特性，决定了其在土壤中的迁移和吸附行为。

2.3 土壤农药残留农药残留是农业生产中常见的土壤污染物，包括杀虫剂、除草剂和杀菌剂等。

农药残留的化学稳定性、溶解度和挥发性等特性，影响其在土壤中的吸附、迁移和降解过程。

生物质炭种类介绍如下：
生物质炭是指通过生物质热解得到的一种炭化产物，由于其具有多孔性和稳定性，被广泛应用于环境污染治理、农业生产、能源和化学工业等领域。

根据原材料和制备方法的不同，生物质炭可以分成不同的种类，以下是其中几种常见的介绍。

一、木质炭
木质炭是由木质材料经过高温热解得到的一种生物质炭，主要成分为碳、氧和氢。

因为木材体积大、能存储较多的碳，所以木质炭是比较常见的一种生物质炭。

木质炭的用途主要包括土壤改良、饲料添加剂、活性炭等领域。

二、秸秆炭
秸秆炭是指由农作物秸秆等废弃物热解而成的生物质炭。

作为常见的农业废弃物，秸秆具有大量的生产和消费，热解成炭后有助于减少农业废弃物的排放，同时也有利于土壤改良和农业生产等领域。

三、果壳炭
果壳炭是由各种植物果壳热解得到的生物质炭，由于其特殊的物理和生化特性，具有吸附剂、覆盖剂、提神醒脑等多种用途。

在农业生产中，果壳炭主要作为肥料添加剂来提高土壤肥力，促进作物生长。

四、活性炭
活性炭是由各种天然和人造的高碳素材料如木材，煤、贝壳、木质纤维以及水泥生料等作为原料制造的一种特种炭，用途广泛，可以用于化学工业、制药工业、饮用水净化等领域。

其制备方法比较复杂，需要经过高温热解、蒸汽活化、酸洗或碱洗等步骤进行处理。

总之，生物质炭的种类繁多，各种生物质原材料都可以制备成炭。

因此，在生物质炭的应用领域中，不同的炭质对应了很多不同的应用场景，而生物质炭的生产和应用也为反转低碳逐渐提供了新途径，同时也为我们的生产和生活带来了诸多便利和好处。

生物质制造的生物活性炭在水处理中的应用研究随着环境污染日益严重，水资源的保护和管理不仅成为生态文明建设的重要内容，也成为现代化农业、工业和城市化建设的基础要求。

而在水资源开发与利用过程中，有效地治理和利用废水是一项重要的环保任务。

对此，人们不断探索和创新，通过借鉴生态系统的原理来发展出一系列新技术和新材料，其中生物活性炭（Biochar）应用在水处理领域越来越成熟。

一、生物活性炭的制造和特性生物活性炭是一种由多种生物质材料制成，经过热解、干燥、焙烧等多道工艺制造而成的材料。

它的无机成分一般是以碳为主，同时还含有微量金属元素和杂质。

生物活性炭的表面积大、孔隙丰富，在水中有较好的吸附性能，特别是对有机物质具有较好的吸附能力。

在制造过程中，不同的原料和工艺对生物活性炭的性能影响很大。

一些研究表明，使用不同的原料可制成不同表面积和孔隙度的生物活性炭。

据报道，以槐树皮为原料制备的生物活性炭表面积、孔隙度较高，可吸附污染物池中的溶解有机物和氨氮，适用于水处理领域。

二、生物活性炭在废水处理中的应用生物活性炭在废水处理中的应用，主要是依靠其吸附溶解有机物，改变水质，去除水中的污染物，从而起到净化水体的作用。

在饮用水、工业生产废水和污水等领域中均有应用。

1. 生物活性炭在饮用水处理中的应用生物活性炭在饮用水处理过程中，可用作深度过滤材料、去除水中异味和颜色，保证饮用水水质。

研究表明，生物活性炭对水中重金属、微生物和影响人体健康的氨氮等均有一定的去除效果。

2. 生物活性炭在工业废水处理中的应用工业生产过程中会产生大量废水，其中含有大量有机物、重金属和汞等有害物质。

研究表明生物活性炭对汞、镉、铜等重金属具有较好的吸附作用，而对亚硝酸盐和氨氮等则有较好的去除能力。

因此，在工业废水处理中生物活性炭的应用越来越普及。

3. 生物活性炭在污水处理中的应用污水中含有大量的生活废水和工业污水，组成复杂。

使用生物活性炭处理污水时，可通过调节生物活性炭的性质来适应不同的污水组成。

生物质炭中SO42-的释放及生物质炭对黄土吸附SO42-的影响研究生物质炭是一种具有多孔性和高表面积的材料，具有广泛的应用前景，包括土壤改良、废水处理和能源开发等领域。

其中，生物质炭在土壤中对硫酸根离子（SO42-）的吸附特性引起了研究人员的广泛关注。

SO42-是一种重要的土壤中的硫源，其含量和分布对土壤肥力和生物地球化学循环过程具有重要影响。

因此，研究SO42-在生物质炭中的释放以及生物质炭对黄土吸附SO42-的影响具有重要的理论和应用价值。

首先，我们需要了解生物质炭中SO42-的释放机制。

生物质炭的特殊孔隙结构和高表面积使其具有较强的吸附能力，可以吸附大量的离子。

SO42-在生物质炭中的释放过程中，主要受到以下几个因素的影响：pH值、离子浓度、孔径结构和表面电荷等。

研究发现，pH值是影响生物质炭吸附SO42-释放的重要因素之一。

当土壤酸性较高时，生物质炭中的SO42-会释放出来，而土壤碱性较高时，生物质炭中的SO42-则不易释放。

此外，当离子浓度较高时，生物质炭的吸附量也会增加，导致SO42-的释放减少。

在了解了SO42-在生物质炭中的释放机制后，我们进一步研究了生物质炭对黄土吸附SO42-的影响。

为此，我们选择了不同孔径结构和表面电荷的生物质炭和黄土进行实验。

实验结果表明，生物质炭对黄土吸附SO42-的影响受到孔径结构和表面电荷的共同作用。

具有较大孔径结构和较高表面电荷的生物质炭对黄土的SO42-吸附能力更强。

此外，生物质炭和黄土的共同作用也会影响SO42-的吸附。

研究结果表明，在生物质炭和黄土复合体系中，生物质炭可以增加黄土对SO42-的吸附量，提高土壤中SO42-的含量，进而对土壤肥力的改善具有积极的作用。

综上所述，生物质炭中SO42-的释放及生物质炭对黄土吸附SO42-的影响是一个复杂而重要的研究课题。

研究结果表明，生物质炭具有一定的吸附能力，可以吸附土壤中的SO42-，并能够改善土壤肥力。

利用生物质制备环保型活性炭的研究和应用生物质是一种可再生能源，由于其来源广泛、成本较低以及对环境的友好性，在能源领域中的应用不断拓展。

近年来，生物质制备环保型活性炭的研究引起了人们的关注，这种活性炭具有良好的吸附性能和环保特性，在水处理、空气净化等领域有着广泛的应用前景。

生物质制备环保型活性炭的基础是利用生物质作为原料，采用热解法或物理激活法获得活性炭。

生物质可以是农作物秸秆、木材、植物纤维等，这些废弃物中的有机成分可以被转化为具有吸附能力的碳质材料。

与传统矿物质原料相比，生物质原料在取得、加工和运输等环节中所产生的温室气体排放量更低，因此生物质制备环保型活性炭符合“低碳经济”和“循环经济”等现代环保理念。

热解法是一种将物质加热至高温并在无氧或微氧气氛下分解为固体炭和有机气体的方法。

在生物质进行热解时，废弃物内的碳、氧、氢等元素会发生化学反应，失去一部分氧和水分后，最终形成高比表面积和多孔的活性炭。

热解温度、加热速率和热解过程中气氛的控制是影响热解产物性质的重要因素。

目前，热解法正逐渐成为生物质制备环保型活性炭的主要方法之一。

物理激活法是将生物质碾磨成粉末或颗粒后，在高温下再次加热，在氮气或碳酸气氛中直接激活所得到的碳质材料。

这种方法不需要添加化学剂，因此在制备过程中环境污染较小。

物理激活法所得到的活性炭比较均匀，具有优异的微孔介径和单孔直径，吸附能力强。

生物质制备的环保型活性炭具有许多良好的特性。

其第一个特点是高比表面积和多孔性。

热解法制备的活性炭比表面积可以达到2000平方米/克以上，表面有着大量的微孔和小孔，这使得它的吸附能力非常强。

此外，由于生物质原料的含水率较高，热解时会产生一定量的气体，这些气体在碳化过程中跑出的细小孔道，形成了很多多孔的活性炭，因此生物质制备的环保型活性炭具有较好的多孔结构。

其次，环保型活性炭可以有效地去除水中的有害污染物。

在饮用水处理、污水处理和工业废水处理等领域，环保型活性炭可以去除水中的重金属、有机物、氯、氯气等有害物质，使得水质得到充分保护。

生物炭对土壤肥料的作用【摘要】生物炭是一种来源于植物残体、动物粪便等有机物质经过高温热解而得的固体残留物。

在土壤改良中扮演着重要角色。

本文探讨了生物炭对土壤肥料的作用机制，包括影响微生物活性、促进植物生长、促进有机物分解和影响养分循环。

研究表明，生物炭可以改善土壤结构、增加土壤肥力、提高植物养分吸收的效率、抑制土壤有害微生物的生长等。

在结论部分指出，生物炭对土壤肥料的作用是多方面的，运用生物炭可以提高土壤质量，是一种有效的土壤改良剂。

生物炭的广泛应用将为农业生产、环境保护和可持续发展提供重要支持。

【关键词】生物炭、土壤肥料、土壤改良、微生物、植物生长、固体有机物、养分循环、土壤质量、土壤改良剂1. 引言1.1 生物炭的来源生物炭的来源主要包括植物秸秆、木屑、果壳、油脂、废弃农作物等有机物质。

在生物炭的制备过程中，这些有机物质经过高温缺氧热解或氧化等工艺处理，得到了具有孔隙结构和碳质稳定性的生物炭产品。

生物炭的来源种类繁多，可以根据不同种类的有机物质选择适合的原料进行生物炭的生产，以满足不同土壤环境中的需求。

生物炭的来源不仅丰富多样，而且具有可持续利用的特点。

通过有效利用废弃植物材料等有机废弃物进行生物炭的制备，不仅可以减少有机废弃物的排放和处理成本，还可以将其转化为具有良好土壤改良效果的生物炭产品，实现资源的再利用和能源的循环利用。

生物炭的来源广泛并且具有可持续性，为其在土壤改良和肥料应用中提供了坚实的基础和保障。

1.2 生物炭的定义生物炭是一种由生物质材料在无氧或低氧条件下高温热解而成的炭质产物。

它通常呈现为黑色颗粒状或粉末状，具有多孔结构和较大的比表面积。

生物炭的表面通常具有丰富的负电荷和功能性官能团，这使其在土壤中具有良好的吸附性和阳离子交换能力。

生物炭与传统的木炭相比，具有更高的孔隙率和表面积，可以更有效地吸附和储存养分，并提供更多的生物活性物质。

生物炭的制备过程中并没有添加任何化学物质，因此它是一种天然的土壤改良剂，对环境友好。

生物炭的制备及其应用研究生物炭是一种炭素材料，通过将复杂的有机物在高温条件下分解而得到。

它与传统的木炭相比，具有更大的比表面积和吸附能力，更广泛的应用领域。

本文将介绍生物炭的制备方法和应用研究。

一、生物炭的制备方法生物炭的制备方法可以分为两类：热解和氧化。

其中，热解法是将生物质在缺氧条件下加热而得到的生物炭；氧化法则是将生物质在氧气存在下加热，将生物质的有机物氧化成生物炭。

1. 热解法热解法是目前制备生物炭的主要方法之一。

其基本步骤是：（1）选择原材料。

生物炭的原材料可以是各种生物质，如木材、秸秆、稻草、麦秸等。

（2）破碎和筛选。

原材料必须先经过破碎和筛选处理，以去除杂质。

（3）炭化。

将处理好的原材料放入炭化炉中，进行缺氧加热。

温度和时间的选择对最终产物的质量有重要影响。

（4）冷却和筛分。

缺氧加热后的产物需要冷却和筛分，以得到具有一定粒径分布的生物炭。

2. 氧化法氧化法是将生物质在氧气存在下进行热解，将生物质的有机物氧化成生物炭。

其主要步骤包括：（1）选择原材料。

与热解法不同，氧化法的原材料需要是均质的粉末状态，以便于氧化反应。

（2）预处理。

预处理可以包括干燥、研磨和筛分等步骤，以确保原材料的均一性和稳定性。

（3）氧化反应。

将原材料置于氧化炉中，在一定的温度下进行氧化反应。

温度过高会导致生物炭的烧结，温度过低则会导致反应速率缓慢。

（4）冷却和处理。

氧化反应结束后，需要将产物冷却并进行处理，以得到具有一定粒径分布的生物炭。

二、生物炭的应用研究生物炭具有广泛的应用领域，以下是其中的几个方面。

1. 土壤改良生物炭可以作为土壤改良剂使用，其优点主要体现在以下几个方面：（1）增加土壤通气性。

生物炭的孔隙结构可以增加土壤的孔隙度和通气性，有利于植物根系的生长。

（2）提高土壤保水能力。

生物炭可以吸附水分，缓解土壤干旱和涝灾害。

（3）改善土壤肥力。

生物炭本身就是一种有效的肥料，可以提高土壤的养分含量，并能长期保持持久性。

综述 (363 ~ 374)生物质炭的制备及其在吸附中的应用丁娜娜1，梁锦华1，乌　兰1，张海霞2（1. 西北民族大学 化学化工学院，甘肃 兰州　730030；2. 兰州大学 化学化工学院，甘肃 兰州　730000）摘要：农药、重金属、染料、药物、个人护理品等是水体中常见的污染物，其中一些化合物具有毒性高、难分解、残留期长的特点，易随食物链积累，可危害到人类健康. 水中污染物的处理工艺有生物降解、化学氧化、膜过滤法、吸附和光催化降解等，其中吸附法操作简单、效率高、毒副产物少，是去除污染物广泛使用的方法. 生物质炭具有高比表面积、高孔隙率以及多种官能团，对多种污染物具有良好吸附作用，在吸附污染物的研究中发挥着重要作用. 详细介绍了生物质炭的制备方法、性质及其在污染物吸附中的应用.关键词：生物质炭；制备方法；吸附中图分类号：O647.32; O657 文献标志码：A 文章编号：1006-3757（2022）04-0363-12DOI ：10.16495/j.1006-3757.2022.04.001Preparation of Biochars and Its Applications in AdsorptionDING Na-na 1， LIANG Jin-hua 1， WU Lan 1， ZHANG Hai-xia2（1. College of Chemistry and Chemical Engineering , Northwest Minzu University , Lanzhou 730030, China ；2. College of Chemistry and Chemical Engineering , Lanzhou University , Lanzhou 730000, China ）Abstract ：Pesticides, heavy metals, dyes, pharmaceuticals and personal care products are common pollutants in water.Some compounds among them are characterized by highly toxic, difficult to decomposite and long residue period, which can easily to accumulate in the food chain and endanger the human health. The treatment technologies of pollutants in water include biodegradation, chemical oxidation, membrane filtration, adsorption and photocatalytic degradation, among which adsorption is the most widely used method to remove pollutants due to its simple operation, high efficiency and less toxic by-products. Biochar has a high specific surface area, high porosity and a variety of functional groups, and has a good adsorption effect on a variety of pollutants, which plays an important role in the study of adsorption of pollutants.The preparation methods, properties and applications of biochar in pollutant adsorption were introduced in detail.Key words ：biochar ；preparation method ；adsorption人类生存离不开水，在生产生活依赖水资源的同时，也在不断地影响着水环境. 在过去的几十年里，由于全球人口的快速增长以及工农业蓬勃发展，大量废弃物和垃圾排放到水体，这些污染物的排放量远超过水体的自净能力，带来了严重的水体环境问题. 吸附是一种不产生毒副产品的技术，可以以较低的成本完成污染水的净化. 生物质炭材料制备简单，制备原料储备量大，可再生，具有高比表面积、高孔隙率以及多种官能团等特点，对多种污染物具有良好地吸附作用，在吸附污染物的研究中发挥着收稿日期：2022−11−03；　修订日期：2022−11−21.基金项目：国家自然科学基金项目（U21A202828） [National Natural Science Foundation of China (U21A202828)]作者简介：丁娜娜（1993−），女，在读研究生，主要从事吸附材料研究，E-mail ：通信作者：乌兰（1974−），女，教授，主要从事高分子化学研究，第 28 卷第 4 期分析测试技术与仪器Volume 28 Number 42022年12月ANALYSIS AND TESTING TECHNOLOGY AND INSTRUMENTS Dec. 2022重要作用.1　生物质炭定义、制备方法及表征1. 1　生物质炭定义生物质炭是在有限的供氧和合理的温度条件下，在反应器中热解产生的生物质富碳产品[1]. 国际生物质炭协会倡议将其定义为“从生物质碳化中获得的固体材料”. 生物质来源较广，根据其来源可以分为原生生物质、次生生物质和处理生物质（如表1所列）. 由于可以节约生产初级生物质的成本，废弃生物质比初级生物质更适合作为生物质炭原料. 在废弃生物质中，动物粪便、城市固体废物是更有利用价值的原料，因为它们最集中，降低了收集成本和废物处理成本. 原料类型影响生物炭吸附污染物的能力，木质生物炭由于原料木质素含量较高，含有较多的酚类基团，表面积也较大，吸附能力更强.表 1 生物质炭的来源分类Table 1　Source classification of biochar主要类型代表性生物质特性参考文献原生生物质秸秆/林木废弃物（包括果壳、稻壳等）高热值、结构有机质、养分不等[2]次生生物质动物粪便、市政污泥等低热值、养分富集、含水率高[3]处理生物质菌渣、药渣、蔗渣等热值、养分和水分均不等[4]1. 2　生物质炭制备方法制备生物质炭一般需要经历两步：碳化和活化.在一定温度和无氧条件（氮气、氩气等惰性气体氛围）下通过热分解对生物质进行碳化提高材料的碳含量，获得活性炭材料[5]. 在这个阶段，碳化温度、时间、升温速率都影响生物质炭材料的形貌、比表面积、孔隙率及产率等，其中温度影响最为显著. Ioannidou 等[6]研究认为，碳化过程中的温度高，导致初次分解和炭渣的二次分解同时进行，导致气体和液体的释放速率大，木炭产量下降. 但增加固定碳和灰分的数量，减少了挥发性物质的数量. 因此，高温提高了木炭的质量，但降低了产量. 采用低加热速率（10~ 15 ℃/min）可以获得高产量和低挥发性木炭，能提高聚合物组分的稳定性.活化过程可分为物理活化和化学活化. 活化工艺的目的是提高比表面积、扩大孔径、增加活性炭的孔隙率. 物理活化法是原料热解碳化后，在活化气体（如CO2、蒸汽、空气或其混合物）的存在下，于相对较高温度下进行可控气化过程. 物理活化法制备过程简单，对仪器损害较小，产生污染物较少. 化学活化法是指将碳化的材料（称为前驱体）与化学活化剂混合，然后对混合物进行热处理，再采用酸/碱和水清洗，除去浸渍剂及盐类，形成合理的活性炭的孔隙结构[7]. 化学活化剂可以对前驱体进行刻蚀，使前驱体产生丰富孔隙，所以活化剂又称为致孔剂，该方法制备的生物质炭具有较大比表面积和较多介孔结构.常用化学活化剂包括H3PO4、ZnCl2、K2CO3、NaOH、KOH、KCl、H2SO4等，常见活化温度范围为450~600 ℃（H3PO4）、400~900 ℃（ZnCl2）、700~1 000 ℃（K2CO3）、550~850 ℃（NaOH）和450 ~ 850 ℃（KOH）[8-12]. 不同的化学活化剂会产生不同的致孔效果. 在去除污染物质时，比起其它活化剂制备的活性炭，金属氢氧化物活化制备的活性炭具有更高的表面积，金属氢氧化物（KOH、NaOH）活化的吸附剂吸附量更高. 与ZnCl2相比，H3PO4对环境污染更少，使用比KOH更低的活化温度，在使用中具有较大优势. 相比于物理活化，化学活化法具有活性炭收率高、活化温度低、活化时间短、多孔结构发展良好等特点[13]. 但化学活化法去除残留杂质需要消耗大量的水/酸，工艺和设备要求复杂，活化剂具有腐蚀性，会衰减仪器设备的使用寿命.1. 3　生物质炭的结构表征表2列出了生物质炭常见表征方法. 透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）可以用于表征生物质炭的形貌和孔径，X射线衍射（XRD）测定生物质炭的晶型，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱（RM）测定生物质炭中官能团的种类，X射线光电子能谱（XPS）表征生物质炭中的元素种类，热重分析（TG）表征生物质炭稳定性，氮气吸附（NA）仪用于测定生物质炭的比表面积和孔体积，Zeta电位（ZP）测定生物质炭表面电性. 表3列出了常见生物炭的表面积等信息，表4列举了生物炭表面常见364分析测试技术与仪器第 28 卷的官能团.1. 3. 1　比表面积和孔隙度比表面积（S BET）和孔隙率是影响生物质炭吸附性能的主要物理特性. 比表面积决定了吸附目标化合物的空间大小，而微孔、中孔和大孔的大小和分布则决定了活性炭的吸附性能. 随着热解温度的升高，衍生生物炭的比表面积和孔体积一般增加. Ren 等[43]发现，随着热解温度从400 ℃升高到800 ℃，比表面积从207.53 m2/g增加到271.77 m2/g，孔体积从0.58 cm3/g增加到0.71 cm3/g，而当热解温度进一步升高至1 000 ℃时，比表面积下降至132.62 m2/g，孔体积下降至0.66 cm3/g，这可能是孔坍塌的缘故. Jin等[44]指出600 ℃下生产的污泥生物质炭的表面积比550 ℃的表面积小. 550 ℃制备的生物质炭表面孔隙率更高，当温度升高到600 ℃时，污泥生物质炭表面微孔增多，但表面粗糙度下降. 除热解温度外，生物质炭原料的组成对其性质产生重要影响，例如，Li等[45]制备不同生物质来源的生物质炭，在300 ℃时，不完全碳化使大部分无定型碳留在B300上，原料中脂肪族和挥发性成分可能会阻塞孔隙结构，从而降低S BET和孔隙率. 600 ℃可以将无定形碳转化为更致密的芳香族碳，并去除脂肪族及挥发性成分，形成更多的孔隙. 同样在600 ℃下，鸡粪生物质炭的表面积比植物生物质炭（松木屑和玉米秸秆）小得多，植物生物质炭比固体废弃物（污泥和粪便）生物质炭有更大表面积和孔隙率.1. 3. 2　生物质炭的官能团由表4可知，生物质炭含有丰富的官能团，例如，C=C、-OH、-COOH等，这些官能团在吸附中起着重要作用. 热解温度和生物质炭原料是控制生物质炭表面官能团数量和种类的两个关键因素. 生物质炭中含氧官能团的丰度随温度的升高而降低，主要是由于碳化程度的提高，随着温度的升高，H/C、O/C和N/C的原子比降低，表明羟基、羧基和氨基的丰度降低[46]. 不同温度下生成的生物质炭官能团的FTIR光谱不同. 当热解温度从100 ℃升高到700 ℃时，木材和草类生物质炭的FTIR光谱发生了变化，木质纤维素材料的大部分含氧官能团损失[47]. Yuan等[48]发现对于来自油菜、玉米、大豆和花生秸秆的生物质炭，随着温度从300 ℃升高到700 ℃，-COOH和-OH基团对应的峰强度下降. Fan 等[49]提出了通过HNO3-H2SO4和NaOH-H2O2体系的化学氧化模拟了老化的麦草生物炭，通过增加含氧官能团改善了生物炭表面，提高了镉的吸附能力，表 2 用于表征生物炭的仪器技术Table 2　Instrumental techniques for characterizing biochar技术材料评述参考文献TEM废木材生物质炭具有不同表面形貌但具有相似Fe成分的Fe-C复合材料[14] SEM CoOx/丝瓜海绵生物炭丝瓜海绵经煅烧后具有不规则短纤维，纤维表面覆盖着起伏的褶皱，形成天然的微纳米结构，钴修饰后无明显变化，钴颗粒分布在催化剂表面[15]XRD螺旋藻基生物炭（SC）和Mn、N掺杂多孔碳(SA-Mn-NSC)SC和SA-Mn-NSC在24.5 °处出现相似的峰，即石墨的002面[16]IR棉纺织废弃物生物炭生物炭吸附前后的IR光谱，证实了由于羧酸基团的存在，阴离子型活性染料能较好附着在生物炭上[17]RM棉纺织废弃物生物炭利用D峰和G峰强度的比值来评价生物炭吸附染料前后缺陷（D峰）和石墨化排列（G峰）的程度. 吸附前的D/G谱带强度（I p/I c）为0.75，证实了结构紊乱，有利于吸附过程. 然而，染料分子被吸附后，强度比（I p/I c）进一步提高到0.84，表明染料和生物炭之间存在一定的相互作用[17]XPS污泥生物质炭验证了氮在生物炭中的掺杂情况，N含量显著增加，有利于催化能力的提高[18]TG非金属单杂原子（N, O, B）掺杂椰子壳生物炭显示了材料热稳定性[19] NA玉米苞片生物质炭生物质炭均具有相似的比表面积（较高）和孔隙分布结构[20] ZP Ni改性玉米秆生物质炭与无修饰材料相比，修饰Ni的材料表面电荷更负，含丰富羟基[21]第 4 期丁娜娜，等：生物质炭的制备及其在吸附中的应用365表 3 生物炭固体的比表面积和孔体积Table 3　Specific surface area and pore volume of biochar solids生物质炭材料比表面积/（m2/g）微孔体积/(cm3/g)总孔体积/（cm3/g）参考文献混合污泥衍生生物炭110.71[22]700 ℃煅烧可可壳生物质炭掺杂尿素氮，700 ℃煅烧可可壳生物质炭掺杂尿素氮，700 ℃下，K2CO3活化可可壳生物质炭400 ℃煅烧可可壳生物质炭掺杂尿素氮，400 ℃煅烧可可壳生物质炭掺杂尿素氮，400 ℃下，K2CO3活化可可壳生物质炭26.1459.41328.454.006.788.450.0230.1380.0020.0030.0700.0911.8560.0120.0300.016[23]松木屑生物质炭SDC改性松木屑生物质炭SDC-K1（SDC/KOH＝1/1活化）改性松木屑生物质炭SDC-K3（SDC/KOH＝1/3活化）活性炭ACMnOx浸渍松木屑生物质炭MnO x/SDCMnOx浸渍改性松木屑生物质炭MnO x/SDC-K1MnOx浸渍改性松木屑生物质炭MnO x/SDC-K3MnOx 浸渍活性炭MnO x/AC1.60764.771 551.21 319.099.13676.101 248.041 130.590.2170.6070.5420.0030.1880.4520.5150.0030.2840.6140.5800.0160.2310.4780.562[24]稻壳生物质炭RH猪粪生物质炭PM污泥生物质炭SS玉米秸秆生物质炭CS 34.814.662.831.1[25]玉米芯颗粒生物炭37.8[26]树脂松果生物质炭27.99[27]油茶壳生物质炭BC OFG硫脲和FeCl3改性油茶壳生物质炭BC OFG@nano-FeS 70.38041.0670.317×10−30.364×10−3[28]海藻酸盐改性稻壳废弃物生物炭1200.653[29] 300 ℃下，KMnO4和Fe(II)改性污泥生物质炭Fe/Mn-SBC-300500 ℃下，KMnO4和Fe(II)改性污泥生物质炭Fe/Mn-SBC-500700 ℃下，KMnO4和Fe(II)改性污泥生物质炭Fe/Mn-SBC-700900 ℃下，KMnO4和Fe(II)改性污泥生物质炭Fe/Mn-SBC-90012.1324.9058.50119.35[30]H2O活化柑橘废料生物质炭CO2活化柑橘废料生物质炭263.4~399.4166.1~212.4[31]550 ℃下热解制备的油菜籽残渣生物质炭RS-550 550 ℃下热解制备的白木生物质炭WW-550212274[32]500 ℃下热解制备的废药渣生物质炭WBC500 600 ℃下热解制备的废药渣生物质炭WBC600 700 ℃下热解制备的废药渣生物质炭WBC700 800 ℃下热解制备的废药渣生物质炭WBC80015.92139.28332.62412.95[33]500 ℃下热解制备的麦秸生物质炭W500 700 ℃下热解制备的麦秸生物质炭W700 500 ℃下热解制备的草生物质炭G500 700 ℃下热解制备的草生物质炭G70011.6347.825.5831.86[34]750 ℃下热解制备的微藻生物质炭MBC750W 750 ℃下热解制备的含Fe微藻生物质炭FBC750W 35.66201.15[35]366分析测试技术与仪器第 28 卷最大吸附能力提高了21.2％. 氧化引起的粗糙表面是增加镉吸附的另一个原因. 生物炭对污染物的吸附性能会随着表面官能团的含量变化而发生变化.1. 3. 3　生物质炭的零电荷点（pHpzc）生物质炭的pH pzc变化和电位变化可以通过调节热解温度来实现. Yuan等[48]提出生物质炭的负电荷随着热解温度的升高而降低，因此低温热解产生的生物质炭表面负电荷比高温热解产生的生物质炭多. Chen等[50]在500~900 ℃温度下对城市污泥进行热解. 随着热解温度的升高，生物固体生物质炭的pH pzc从8.58增加到10.17. 通过研究生物质炭、分析物在不同pH条件的电位以及生物质炭与分析物的pH pzc，分析哪种条件下制备的生物质炭在较宽pH范围内与分析物之间存在较大静电吸引力，选择较合适的生物质炭进行吸附，以此来指导吸附试验，进行吸附条件的优化.1. 3. 4　生物质炭的矿物成分研究生物质炭矿物成分对提高一些污染物吸附能力具有一定作用. 生物质炭中的矿物成分包括钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）等，可以与重金属交换.表 4 生物炭的FTIR分析Table 4　FTIR analysis of biochars生物质原料最终产品频率/(cm−1)官能团的分配参考文献竹子竹子生物炭 3 4371 5871 5141 4161 184~1026806~465-OH (醇类和酚类)C=O(共轭酮和醌)C=C拉伸环振动聚合物中的CH2C-O拉伸振动C-H[36]凤眼莲氨基功能化生物炭/海藻酸盐分离珠3 4062 9361 6101 418933、810OH的拉伸和N-H的重叠拉伸烷基C-H拉伸COO−的反对称振动COO−的对称振动Cr(III)-NH2配位键[37]纺织印染污泥、城市污水污泥、糠醛渣和木屑固体废弃物生物质炭 3 4302 9001 000-OHCH3C-C、S=O、C-O、Si-O[38]花生壳花生壳生物质炭 3 4001 5881 434-OHC=CC-O[39]废纸磁性CoFe2O4/多孔碳 3 4301 6281 371、1 438、1 578、1 623717、759557-OHC=C伸缩振动-COO-对称和不对称伸缩振动峰芳香族化合物的C-H弯曲振动峰Fe-O[40]浒苔粉浒苔生物炭 1 000~9007901 700~1 500、690Si-O-Si的反对称伸缩振动Si-O-Si的对称伸缩振动C-N、C=N[41]污泥污泥生物质炭 3 4202 923、2851 6501 5801 459、1 040548、470-OHC-H弯曲振动C=O拉伸C=C振动C-H和C-O拉伸振动Fe-O拉伸键[42]第 4 期丁娜娜，等：生物质炭的制备及其在吸附中的应用367Chen等[50]制备的污泥生物质炭对Cd2+的吸附明显高于活性炭，其主要吸附机制是表面沉淀和离子交换. 释放的Ca2+浓度随着初始Cd2+浓度的增加而增加，表明Cd2+的一种吸附机制可能是阳离子交换，Ca2+从矿物基质中释放以及位点被Cd2+取代. Li等[51]在不同矿物质含量的生物炭上吸附磺胺甲恶唑，研究结果表明，生物炭中的含钙矿物质可能通过静电相互作用提供额外的吸附位点. Zhao等[52]通过XRD、XPS和SEM技术鉴定并定量了生物炭中的无机矿物，大约75%的生物炭矿物属于与碳骨架相连的（Si和Al），这些矿物质对双酚A和磺胺甲恶唑吸附产生影响，去除矿物质会降低双酚A吸附，但会增加磺胺甲恶唑的吸附. 热解温度和原料决定生物质炭中矿物成分的含量，随温度的升高，K、Ca、Mg和P在生物质炭样品中富集.2　生物质炭在吸附领域的应用常见再生水的方法如表5所列. 由表5可见，可以通过多种途径实现再生水，在去除土壤和水中的有机和无机污染物时，吸附具有操作简单、低成本、无毒的特点. 粉末活性炭、多壁（单壁）碳纳米管、颗粒活性炭、（氧化）石墨烯、沸石、活性氧化铝均被用来吸附污染物. 此外，树脂、粘土、壳聚糖珠、（介孔）二氧化硅、环糊精和（树枝状）聚合物可从复杂样品中吸附农药残余物.表 5 常见再生水方法Table 5　Common methods of water regeneration方法优点缺点参考文献电化学降解节能，操作时间地点可控有毒降解中间体[53]光催化降解节能有毒降解中间体[53]生物修复降解温和时间长，培养条件苛刻，有毒降解中间体及生物污染物[53-54]絮凝操作简单絮凝剂成本高，产生大量污泥堆积物[55]膜过滤操作简单膜易污染，寿命短，小流量过滤，昂贵[55]吸附操作简单，不产生有毒副产品，成本低[56]生物质炭能够吸附和截留重金属（Pb2+、Cr3+、Cd2+、Ni2+、Cu2+等）和有机化合物（农药、多环芳烃、染料、抗生素），减小污染物的流动性，从而降低污染物在环境中转移的风险，常被用于环境修复. Zhang等[57]研究了不同加热条件下制备的污泥生物质炭对Pb(II)和Cr(VI)的吸附，结果表明，在400 ℃热解2 h的生物炭获得了最大的表面积，具有丰富的有机官能团，具有高的Pb(II) （pH 5.0）和Cr(VI) （pH 2.0）吸附能力. Zhang等[58]以猪粪为原料制备生物质炭，研究了西维因和阿特拉津在原生物质炭和脱焦生物质炭上的吸附和催化水解，发现除疏水作用外，孔隙填充和特异性相互作用对农药的吸附也有很大作用. 生物炭是一种有机灰分和无机灰分的复合物，灰分可以通过特定的相互作用与农药结合，但由于有机基团的吸附位点被灰分掩盖，其对农药的特异性相互作用被抵消. Wu等[59]使用高有机碳含量湖泊沉积物制备的生物质炭吸附水中的菲、磺胺甲恶唑、双酚A、氧氟沙星和诺氟沙星，发现双酚A、氧氟沙星和诺氟沙星的吸附似乎不受材料表面积的控制，疏水效应决定了菲和磺胺甲恶唑的吸附，而氢键可能对含有羟基（对双酚A）或羧基（对氧氟沙星和诺氟沙星）的化合物的吸附起重要作用. Vithanage等[60]用黄瓜合成生物质炭，并在不同pH条件下将其用于去除土壤中的磺胺甲基嘧啶（SMZ），研究结果表明，在pH值为3时，SMZ 的高保留率可能是由于π-π电子供体-受体相互作用和静电离子交换所致，而在pH值为5和7时，阳离子交换是主要作用机制.吸附条件影响吸附效果，下面具体讨论影响吸附的因素，为吸附条件优化提供参考.2. 1　吸附条件优化2. 1. 1　水体的pH水体的pH极大地影响了生物质炭吸附剂表面电荷和化学物质的形态. Zeta电位可以反映生物质炭表面电荷情况，官能团的质子化和去质子化可以在固体颗粒表面产生净电荷，在固体颗粒附近的溶368分析测试技术与仪器第 28 卷液相中形成电双层，影响物质的传输与吸附. Xu等[61]测定花生和油菜秸秆焦炭的Zeta电位随溶液pH 的变化. pH值在3.0~8.0范围内均为负值，说明生物质炭颗粒表面带负电荷. 随着pH的增加，生物质炭的zeta电位呈负向变化，说明负电荷量随pH的增加而增加. 生物质炭的pH pzc是指其表面净电荷为零的溶液pH值，当溶液pH值高于pH pzc时，生物质炭带负电荷，结合金属阳离子，如Cd2+，Pb2+和Hg2+. 当溶液pH值低于pHpzc时，生物质炭带正电荷，结合阴离子，如HAsO42−和HCrO4−，因此吸附质极性相反的表面电荷决定生物质炭在特定需求中的适用性. Huang等[62]制备了三种生物质炭，其pHpzc分别为2.15、2.34、2.23. 当pH值低于pH pzc时，生物质炭带正电荷，由于静电排斥，不利于Cd2+的吸附，解释了pH为2.0时吸附量低的原因. 随着pH值升高，材料上能与金属阳离子结合的负电荷基团增加，导致吸附容量显著增加，达到最大吸附量.在pH值为1~5的水溶液中，铅主要以Pb2+的形式存在，当pH值高于6.3时，会形成氧化铅 [Pb(OH)2]，所以可以将吸附pH范围设置为2.0 ~ 6.0. Lee等[63]通过调节生物质炭的pH pzc改善了生物质炭的吸附性能.2. 1. 2　吸附剂用量Zhang等[64]指出随着生物质炭/氧化铁复合材料用量从0 g/L增加到5 g/L，材料的去除率增加了50%，这是由于活性位点的增加，使亚甲基蓝（MB）更容易迁移到吸附位点. 随着材料用量的增加，单位质量材料的MB吸附量下降，这种下降趋势是由于在吸附过程中吸附位点过饱和. 当投加量为2 g/L 以上时，去除率的提高不显著，这可能是由于材料的团聚，减少了可用表面积，并阻塞了一些吸附位点. 另一方面，MB的吸附性能随着投加量的增加而下降，这可能与单位吸附剂中MB分子数量的相对减少有关，也可能与吸附剂聚集引起的活性吸附位点的减少有关. 很多文献[65]都表明上述试验现象的存在，去除率和单位吸附量均处于相对较高值时的吸附剂用量为最佳用量，保证去除率相对较高的同时，保证吸附剂最大利用率.2. 1. 3　污染物的浓度较高的污染物初始浓度提供了更大的驱动力，克服传质阻力，增加污染物与吸附剂之间的碰撞概率. Alsewaileh等[66]以红枣生物质炭为吸附剂，对水溶液中有溴化钾进行吸附，随着初始浓度的增加，溴化钾吸附量增加. Novais等[67]制备了一种混合生物质炭，对水溶液中含磷污染物进行吸附，当污染物初始浓度较低时，吸附位点不能被完全占据，固液两相的浓度差随着溶液初始浓度的增加而增大，提高了材料与污染物碰撞的概率. 当污染物浓度进一步增加时，由于吸附剂上的吸附位点被占据，吸附达到动态平衡，吸附量不再受浓度影响. Yavuz 等[68]研究了金属离子（Cu2+和Cr3+，初始浓度为1.0×10−4、2.0×10−4、4.0×10−4、6.0×10−4、8.0×10−4mol/L）对吸附效果的影响，在较高的初始金属浓度下，吸附效果表现不佳，因为吸附的金属离子相互排斥，阻碍了进一步吸附.2. 1. 4　吸附时间吸附时间优化是工艺参数优化中必不可少的一部分，通过时间优化可以节约时间成本，达到效益最大化. Lee等[63]制备了棕榈油污泥生物质炭吸附Pb2+，随着吸附时间的增加，单位吸附量也随之增加，但吸附速率均逐渐减慢. 90 min后，生物质炭活性位点开始饱和，延长吸附时间没有显著的影响. Yan等[65]研究了吸附时间对吸附的影响，随着吸附时间的延长，吸附量增加，并在一定时间后达到平衡. 这是因为在吸附初始阶段，材料上存在较多的吸附位点，吸附量上升，但随着吸附量越来越多，暴露的吸附位点越来越少，最终吸附量不再变化.2. 1. 5　离子强度废水中往往含有多种离子，研究离子强度对吸附性能的影响是有必要的. Yan等[69]提出由于PO43−和CO32−的共存，H2AsO3−的吸附明显受到抑制.这一结果可以归因于PO43−和CO32−也属于氧阴离子，它们在吸附过程中会“抢夺”生物质炭的吸附位点. Ahmed等[70]提出随着NaNO3溶液加入量增加，磁性生物质炭对U(VI)的吸附量更高，这可能是由于Na+的电荷密度低，离子尺寸大，导致Na+离子与周围的水分子而不是生物质炭发生强烈的相互作用. 在Reguyal等[71]的研究中，离子强度的增加导致磁性生物质炭对磺胺甲恶唑的吸附量更高，也是由于“盐析”效应，高浓度的离子通过改变水的结构和/或通过与溶质的直接离子偶极子相互作用影响溶质的吸附行为.2. 1. 6　吸附温度温度影响吸附速率与吸附平衡常数. 首先，温第 4 期丁娜娜，等：生物质炭的制备及其在吸附中的应用369度的升高降低溶液的粘度，提高吸附质分子在吸附剂外边界层的扩散速率，从而有利于吸附的发生.其次，温度的变化会影响生物吸附剂的平衡吸附能力. 对于放热反应，升高温度会降低吸附量. 对于吸热反应，升高温度会升高吸附量. Egbosiuba等[72]制备了两种生物质炭，研究了温度对生物质炭吸附MB的影响，在25~50 ℃范围内对不同初始质量浓度（50、100、150、200 mg/L）的MB进行了吸附研究. 发现在MB质量浓度为50、100 mg/L时，温度影响较低，但在质量浓度为150、200 mg/L时，温度影响有所增加. 两种材料对MB的吸附性质为吸热，随着温度的升高，MB吸附量的增加可能与以下几点有关：（1）温度升高使MB迁移率增加，溶液粘度降低，从而使其能够渗透到吸附剂的孔隙中. （2）MB 与材料表面官能团的化学相互作用增强. （3）与MB 溶解度相关的化学势变化.生物质炭可用于污染物直接吸附，也在污染物检测方面发挥了重要作用. 为了准确灵敏的完成测试任务，很多样品在分析前要进行富集和与分离.目前样品前处理技术包括固相萃取、固相微萃取（SPME）、液相微萃取等. 其中固相萃取和微萃取均需要一定的吸附剂或涂层，而生物质炭可以单独充当吸附剂或涂层，也可以与其它材料（金属有机框架、共价有机框架、分子印迹、量子点等）复合使用. QuEChERS方法（即快速、简单、廉价、有效、坚固和安全）将液相萃取与固相萃取相结合，成为样品前处理领域最绿色和可持续的方法[73]. Cao等[74]建立了超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）用于测定6种杀菌剂残留量，在改进的QuEChERS样品处理方法中，目标化合物采用乙腈提取，生物炭、多壁碳纳米管（MWCNT）和石墨化炭黑（GCB）完成杂质吸附. Adenuga等[75]以椰壳生物质炭为固相微萃取吸附剂，采用改进的QuEChERS法作为样品制备技术，测定了哺乳期妇女母乳和尿液样品中邻苯二甲酸酯的含量. Li等[76]采用磁分散固相萃取和高效液相色谱/紫外相结合的方法，建立了一种快速、灵敏的红糖样品中三嗪类化合物的富集和提取方法. 该研究以低成本甘蔗渣为原料制备了一种磁性多孔生物炭（MPB），并成功从实际样品中提取富集痕量三嗪类化合物. Xie等[77]将低成本的废生物质牛骨炭化，得到氮氧共掺杂分级多孔生物炭（NHPBC）. NHPBC具有比表面积高、杂原子充足等突出优势. 该文系统研究了NHPBC对各种有机污染物的富集性能，证明制备的NHPBC适用于对邻二甲苯及其羟基代谢物的高效富集. NHPBC包覆纤维的富集因子在2 384~6 949之间，是商用SPME纤维富集因子的11.1~92.5倍.2. 2　生物质炭回收生物质炭多数是粉末状，在吸附污染物之后需要通过离心、过滤、沉淀等方法进行固液分离来回收. 通过制备磁性生物质炭可以解决固液分离的困难[78-80]. 解决固液分离问题的另一个途径，便是赋予生物质炭能够便于分离的形态，以便将生物质炭轻松从处理过的水相中取出. 例如，Ma等[80]在木材内外表面原位生长ZIF-67，得到复合材料，并通过碳化合成了亲水磁性生物质炭，制备的生物质炭不仅具有磁性，又是块状结构，解决了粉末生物质炭难以回收的问题.3　结论生物质炭的制备原料一般来源于废弃物，废弃物再利用对实现减排具有重要意义. 生物质炭表面性质与原料具有明确相关性，造就了该类材料的多样性，大的比表面积使其成为极具竞争力的吸附剂.该类材料不仅在吸附分离领域占据重要位置，也在催化和电化学等其它领域占有一席之地.参考文献：Gautam R K, Goswami M, Mishra R K, Chaturvedi P,Awashthi M K, Singh R S, Giri B S, Pandey A.Biochar for remediation of agrochemicals and synthet-ic organic dyes from environmental samples: A re-view[J]. Chemosphere，2021，272 ：129917.［ 1 ］Ma H F, Yang J J, Gao X, Liu Z B, Liu X X, Xu Z G.Removal of chromium (VI) from water by porous car-bon derived from corn straw: Influencing factors, re-generation and mechanism[J]. Journal of HazardousMaterials，2019，369 ：550-560.［ 2 ］Shen X L, Zeng J F, Zhang D L, Wang F, Li Y J, Yi WM. Effect of pyrolysis temperature on characteristics,chemical speciation and environmental risk of Cr, Mn,Cu, and Zn in biochars derived from pig manure[J].Science of the Total Environment，2020，704 ：135283.［ 3 ］Ogbonnaya U, Semple K. Impact of biochar on organ-ic contaminants in soil: a tool for mitigating risk?[J].Agronomy，2013，3 （2）：349-375.［ 4 ］Sun K, Jiang J C. Preparation and characterization of ［ 5 ］370分析测试技术与仪器第 28 卷。

生物质炭定义嘿，朋友们！今天咱来聊聊生物质炭。

这生物质炭啊，你可以把它想象成是大自然的一个小魔法！它就像是一位勤劳的“清洁工”，能把那些废弃的生物质，比如秸秆啦、木材废料啦，变废为宝。

这些原本可能被丢弃或者焚烧的东西，经过一番奇妙的转化，就变成了有着大用处的生物质炭。

你说神奇不神奇？这生物质炭的作用可多了去了。

它就像是一块万能的“补丁”，能在好多地方发挥作用呢！比如说，它可以改善土壤。

你想想看，那土地就像是我们的家，要是能让它变得更好，那长出来的庄稼不就更茁壮了嘛！生物质炭加进去，就好像给土地吃了一顿营养大餐，让土壤变得肥沃又松软。

而且啊，它还能像个“小卫士”一样，帮助土壤留住水分和养分。

就好像我们口渴了要喝水，植物也需要水分和养分呀。

生物质炭就能把这些好东西都牢牢地抓住，不让它们轻易跑掉。

它还能在应对气候变化上出一份力呢！这怎么说呢？它可以把那些原本会跑到大气中造成温室效应的碳给固定住，这可不是一般的厉害呀！这就好比是给地球这个大“气球”扎了一个小口，让气别跑那么快。

那有人可能会问了，这生物质炭这么好，那是不是很难得到呀？嘿，这你就不用担心啦！只要有合适的技术和方法，就能把它制造出来。

就像我们做饭一样，只要掌握了火候和调料，就能做出美味的菜肴。

咱平常生活里也能接触到生物质炭呢！比如有些地方用它来取暖、烧烤啥的。

那味道，啧啧，可香啦！总之呢，生物质炭就是个宝，我们可不能小瞧了它。

它就像是隐藏在大自然中的一个小惊喜，等着我们去发现和利用。

让我们一起好好珍惜这个神奇的东西，让它为我们的生活和环境带来更多的好处吧！这生物质炭，难道不值得我们去好好了解和利用吗？原创不易，请尊重原创，谢谢!。

一种生物质炭固定化高效降解菌株去除土壤2,4,6-三氯苯酚的方法一、引言。

土壤里的2,4,6 - 三氯苯酚可是个大麻烦呢。

这东西对土壤的危害可不小，就像一个调皮捣蛋的小恶魔，在土壤里搞破坏。

不过呢，咱们可不能就这么任由它胡来。

这时候就有了一种超厉害的方法，就是用生物质炭固定化高效降解菌株来对付它。

这就像是请了一群超级英雄来打败这个小恶魔。

二、生物质炭是啥呢？生物质炭啊，可神奇了。

它是通过生物质在限氧条件下热解产生的。

这就好比是把一些植物啥的放在一个特殊的环境里“加工”一下，然后就得到了生物质炭。

它的表面有很多孔隙，就像一个个小房间一样。

这些小房间可有用了，能够吸附好多东西呢。

而且它还能改变土壤的性质，让土壤变得更适合生物生存。

三、高效降解菌株又是何方神圣？这些高效降解菌株就像是小小的战士。

它们有着特殊的能力，能够分解2,4,6 - 三氯苯酚。

它们在土壤里到处寻找这些三氯苯酚分子，然后把它们分解成无害的东西。

就像小蚂蚁搬运食物一样，不过它们搬运的是有害物质，然后把这些有害物质转化成土壤能够接受的东西。

四、怎么用生物质炭固定化这些菌株呢？这是个很有趣的过程哦。

我们要先把生物质炭准备好，就像给战士们准备好营地一样。

然后把高效降解菌株和生物质炭放在一起，让菌株能够附着在生物质炭的那些孔隙里。

这就像是战士们住进了自己的小房间。

这样做的好处可多了，一方面生物质炭可以保护菌株，就像给战士们穿上了一层铠甲。

另一方面，菌株在生物质炭上也能更好地发挥自己的降解作用。

五、在土壤里的作用过程。

当我们把生物质炭固定化的高效降解菌株放到土壤里的时候，就像是把超级英雄战队放到了战场上。

菌株会开始寻找2,4,6 - 三氯苯酚分子，一旦发现，就开始分解工作。

而生物质炭呢，它会吸附土壤里的三氯苯酚，让这些有害物质更集中，这样菌株就更容易找到它们了。

它们两个就这么默契配合，慢慢地把土壤里的2,4,6 - 三氯苯酚都清除掉，让土壤重新变得健康起来。

生物碳粉用途
生物炭就是把生物质放在缺氧和一定温度条件下热裂解干馏形成的富碳产物，它有较大的孔隙度和比表面积，较强的吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力，因此可广泛应用于土壤改良、肥料缓释剂、固碳减排等。

能抑制由于燃烧已用纸张上的碳粉而释放的二氧化碳(包括在纸张回收过程中做到碳素与纸张的分离)，减少使用即将枯竭的石油资源理光在实际产品中较早的应用生物质碳粉。

生物炭粉是一种固体状的材料，是在无氧或者低氧条件下低温热转化的产物，广泛的应用在各个行业，具有吸附功能。

在农业中应用，可以增加土壤的有机炭成分。

目前，如何在农业、环境资源、林业中进行创新发展是主要要研究课题。

生物炭能有效改善土壤的质量。

一般传统的制作工艺生产的都是块状固体，经过后期的改良，得到的是粉末状的细小颗粒。

生物炭是由炭、微量的矿物质以及其它的具有挥发性的有机物质组成，是一种碱性的物质，不容易分解，生物炭结构中的空隙比较多，因此能够吸附很多发物质，具有极强的吸附功能。