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活性炭改性方法及其在水处理中的应用一、本文概述活性炭，作为一种广泛应用的吸附剂，因其高比表面积、优良的吸附性能和化学稳定性，在水处理领域扮演着重要角色。
然而，原始的活性炭在某些特定应用场合下可能表现出吸附容量有限、选择性不高等不足，这就需要对活性炭进行改性，以提高其在水处理中的性能。
本文旨在探讨活性炭的改性方法，并分析改性活性炭在水处理中的应用及其效果。
我们将详细介绍活性炭的改性方法，包括物理改性、化学改性和生物改性等多种方法，并阐述其改性原理和效果。
接着，我们将通过案例分析，探讨改性活性炭在水处理中的实际应用，如去除重金属离子、有机物和色度等。
我们将对改性活性炭在水处理中的应用前景进行展望，以期为推动活性炭在水处理领域的应用和发展提供参考。
二、活性炭基础知识活性炭，作为一种多孔性的炭质材料，因其独特的物理和化学性质，被广泛应用于各种领域，尤其是水处理领域。
其基础知识的掌握对于理解活性炭的改性方法以及在水处理中的应用至关重要。
活性炭主要由碳、氢、氧、氮、硫和灰分组成，其中碳元素含量一般在80%以上。
活性炭的多孔结构赋予了其巨大的比表面积和优异的吸附性能。
活性炭的孔结构包括大孔、中孔和微孔，这些孔的存在使得活性炭能够吸附分子大小不同的各种物质。
活性炭的吸附性能主要取决于其表面化学性质和孔结构。
表面化学性质包括表面官能团的种类和数量，这些官能团可以影响活性炭与吸附质之间的相互作用力，从而影响吸附效果。
孔结构则决定了活性炭的吸附容量和吸附速率。
活性炭的制备方法多种多样，包括物理活化法、化学活化法和化学物理联合活化法等。
不同的制备方法可以得到不同性质的活性炭，从而满足不同应用场景的需求。
在水处理领域，活性炭主要用于去除水中的有机物、重金属离子、色度、异味等污染物。
其吸附过程包括物理吸附和化学吸附，通过这两种吸附方式的共同作用，活性炭可以有效地净化水质，提高水的饮用安全性。
活性炭的基础知识包括其组成、结构、性质、制备方法和应用等方面。
活性炭在生物过滤中的应用随着人们环保意识的增强，水质净化问题越来越受到关注。
在生物过滤技术中，活性炭作为一种重要的材料，被广泛应用于水质净化领域。
一、活性炭的性质与特点活性炭是以木材、煤炭、油浆等为原料，在高温条件下经蒸馏、炭化、活化等多道工艺制成的一种多孔性吸附材料。
活性炭具有表面积大、孔隙结构合理、吸附容量大、吸附速度快等诸多优点。
在油脂、色素、气味等方面也具有一定的去除能力。
不仅如此，在生物过滤技术中，活性炭也被广泛应用，成为一种重要的材料。
二、活性炭的应用1、有机污染物除去有机污染物的去除是水处理中的重要问题，活性炭正是这方面的优秀选择。
活性炭的多孔结构，使其表面积大，吸附能力强，能有效地吸附苯、甲苯、苯并芘等有机污染物，并将其转化为无害的物质。
因此，活性炭被广泛应用于污水处理、工业废水处理、食品加工、化工等方面。
2、针对颜色和气味过滤活性炭在去除颜色与气味方面表现出色。
在水处理中，常会加入一些药品以提高整体水质，但同时也会产生一些有害物质，这些物质往往有着强烈的气味和颜色。
活性炭能够有效地吸附这些物质，从而加速水的净化。
3、脱色与脱臭将废水经过活性炭过滤后，不仅可以去除废水中的有害物质和杂质，同时也能脱除废水中的异味、臭味等，处理后的废水不仅质量得到提高，同时更环保。
三、活性炭在水质净化方面的应用非常广泛。
在生物过滤技术中，活性炭也有着重要的应用。
在生物过滤器中加入适量的活性炭，不仅可以过滤掉水中的一些细小杂质，还可以在有机物负荷较高或水质较差时发挥很好的缓冲作用。
遇到繁重的冲击负荷时，活性炭还可以有效地去除水质中的有害物质，从而保证生物过滤器的稳定。
四、消费者需求推动了活性炭应用的发展随着消费者对健康和环保重视程度的不断提高，人们对于食品、饮料、空气、水的质量要求越来越高，推动了活性炭在生物过滤、水、空气净化等领域的应用发展。
活性炭的广泛应用也为我们的环境净化提供了重要的支持和帮助。
活性炭在水处理中的应用一、前言水是人类生活不可或缺的资源，同时也是人类健康和工业生产的关键因素。
然而，随着经济的发展和人口的增加，水污染日益严重成为人类面临的一个严峻问题。
活性炭作为一种有效的水处理材料，其应用越来越广泛，在提高水处理效果、减少污染物排放、保护水资源等方面都具有重要的意义。
本文将结合国内外文献和实际案例，介绍活性炭在水处理中的应用及其优缺点。
二、活性炭概述活性炭（Activated Carbon，简称AC）是一种多孔性的吸附材料，主要由可燃材料制成，如木材、竹材、果壳、煤炭等，通过炭化和活化过程制成。
活性炭的特点是孔隙分布均匀、孔径范围广、比表面积大、吸附性强，广泛应用于气体、液体、固体的吸附和分离。
活性炭根据其制备方法和应用领域的不同，可以分为硬质活性炭、软质活性炭和粉状活性炭等。
三、活性炭在水处理中的应用1. 活性炭在净水中的应用活性炭在水处理中的主要应用是净水。
由于活性炭具有高效的吸附能力和强大的污染物去除能力，能够有效地去除水中的有机物、气味、色度等污染物，提高水的质量，保护人类健康。
在一些传统的净水工艺中，如混凝沉淀法、过滤等方法，都很难去除水中难以分解的有机物和微量污染物，而活性炭能够大量吸附这些污染物，保证水的净化效果。
同时，活性炭还可以去除水中的异味和氯气，提高水的饮用性。
2. 活性炭在废水处理中的应用除了在净水方面使用，活性炭在废水处理中同样具有广泛的应用。
废水中含有各种有机化合物、氨氮、重金属等高浓度的污染物，废水排放对环境造成严重的污染。
有些高难度的废水处理过程需要借助活性炭的强大吸附能力，才能获得最终的净化效果。
（1）废水的预处理活性炭对废水中的悬浮物、泥沙、颗粒污染物等能够快速吸附，提高废水的澄清度和透明度，为后续的处理提供了便利条件。
（2）去除有机物活性炭能够高效地去除废水中的各种有机物。
可以通过物理吸附和化学反应两种方式来去除有机物。
依据处理工艺的不同，活性炭可以直接置于废水中，或者通过传统的反应槽、活性池、氧化池、生物反应器等方式来进行废水处理。
活性炭纤维在治理水和大气污染中的应用1. 引言1.1 活性炭纤维的概述活性炭纤维是一种具有高效吸附性能的纤维材料，其具有大表面积、孔结构合理、化学活性高等特点。
活性炭纤维通常由天然纤维或合成纤维作为载体，经过一系列的化学处理和高温炭化制备而成。
由于其特殊的结构和材料性质，活性炭纤维在环境治理中具有广泛的应用前景。
活性炭纤维具有优异的吸附性能，能够有效去除水和大气中的有机物、重金属离子、恶臭气体等污染物质。
与传统颗粒状活性炭相比，活性炭纤维具有更高的比表面积和更均匀的孔结构，能够实现更高效的吸附和去除效果。
活性炭纤维还具有良好的可再生性和可回收性，有利于环境友好型的治理方式。
在近年来的研究中，活性炭纤维得到了广泛关注和应用，成为治理水和大气污染的重要材料之一。
活性炭纤维的独特性能和优势使其在环境治理领域具有巨大的潜力，为改善环境质量和保护生态环境做出了重要贡献。
随着技术的不断进步和研究的深入，活性炭纤维在环境治理中的应用前景将更为广阔，为打造清洁美丽的环境提供更多可能性。
1.2 活性炭纤维在治理水污染中的应用活性炭纤维在治理水污染中的应用主要是通过吸附和过滤的作用，有效去除水中的有机物质、重金属离子、药物残留等有害物质。
活性炭纤维具有大比表面积、孔隙结构发达、化学稳定性好等特点，使其具有很强的吸附性能，能够高效地吸附水中的污染物质。
活性炭纤维还可以通过电化学或化学反应来氧化还原水中的有机物，进一步提高水质的净化效果。
在水污染治理中，活性炭纤维常常被制成滤芯、滤网等形式进行应用，可以广泛用于水处理设备中，如家用净水器、工业废水处理设备等。
通过在水中流动，活性炭纤维可以高效地将污染物质吸附或分解，使水质得到有效净化。
活性炭纤维在水污染治理领域具有广阔的应用前景，未来有望成为一种重要的水处理材料，为改善水质、保护水资源发挥重要作用。
1.3 活性炭纤维在治理大气污染中的应用活性炭纤维通过吸附空气中的有害气体和颗粒物，可以有效净化空气，改善空气质量。
活性炭纤维在治理水和大气污染中的应用【摘要】活性炭纤维是一种环境治理材料，被广泛应用于水和大气污染治理中。
在水质净化中，活性炭纤维能有效吸附去除重金属、有机物等污染物，提高水质净化效果。
在大气污染治理中，活性炭纤维也能吸附去除有害气体，改善空气质量。
其优势包括高比表面积、强吸附性能和可再生利用等。
活性炭纤维对环境污染有显著净化效果，未来在环境治理中展望广阔。
活性炭纤维是一种有效的环境治理材料，具有较好的应用前景，对于水和大气污染的治理有着重要作用。
【关键词】活性炭纤维、水质净化、大气污染、环境污染、环境治理、前景展望、优势、效果、应用、环境材料1. 引言1.1 活性炭纤维在治理水和大气污染中的应用活性炭纤维是一种具有微孔结构和大比表面积的炭材料，在治理水和大气污染中发挥着重要作用。
活性炭纤维不仅能有效去除水中有机物、重金属和微生物污染物，还能吸附空气中的有害气体和颗粒物，净化环境。
其应用广泛且效果显著，受到了越来越多环保领域的关注和青睐。
在水质净化中，活性炭纤维通常用于制备活性炭纤维滤料或活性炭纤维膜，通过物理吸附和化学吸附的方式去除水中的有机物、异味物质和重金属离子。
活性炭纤维滤料不仅具有高效吸附性能，还具有良好的机械强度和抗污染能力，可以循环使用，成本低廉。
在大气污染治理中，活性炭纤维通常用于制备空气净化滤料或口罩等产品，能够高效吸附空气中的二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物和颗粒物等有害物质，净化空气质量，保障人们的健康。
活性炭纤维的应用不仅能有效治理水和大气污染，还可以对环境污染进行有效净化，保护生态环境。
活性炭纤维技术具有速度快、效果好、成本低的优势，在环境治理中具有广阔的应用前景。
活性炭纤维是一种环保材料，对于改善环境质量，维护人类健康具有重要意义。
2. 正文2.1 活性炭纤维在水质净化中的应用1. 吸附性能优良：活性炭纤维具有高度的孔隙结构和比表面积，能够有效吸附水中的有机物、重金属离子、杂质等，从而净化水质。
活性炭纤维在治理水和大气污染中的应用活性炭纤维是一种由活性炭纤维结构组成的材料，具有高比表面积、高孔径、高吸附性能等特点，被广泛应用于水和大气污染的治理中。
本文将从活性炭纤维在水和大气污染治理中的应用进行探讨。
1. 活性炭纤维对有机物的吸附活性炭纤维具有高比表面积和多孔结构，使其具有较大的吸附容量和较好的吸附效果。
对于水中的有机物污染物，如苯、甲醛、重金属离子等，活性炭纤维可以通过吸附作用将其固定在纤维表面或孔道内，起到去除有机物污染的作用。
由于活性炭纤维具有较好的导电性能，可以通过电吸附技术加强对有机物的吸附效果。
2. 活性炭纤维对重金属离子的吸附活性炭纤维对重金属离子具有较高的选择性吸附能力。
通过活性炭纤维处理水中的重金属离子，可以有效去除水中的重金属污染物，降低水体对生态环境的危害。
由于活性炭纤维对重金属离子具有较好的可再生性，可以通过复苏再生技术循环利用，提高材料的利用率。
3. 活性炭纤维在水处理中的应用活性炭纤维在水处理中常被用于制备各种吸附剂，例如活性炭纤维颗粒、活性炭纤维膜等。
这些吸附剂可以有效去除水中的悬浮物、有机物、细菌等，同时保持水的透明度和口感，提高饮用水的质量。
活性炭纤维膜还具有良好的分离效果和较高的通量，可应用于水的深度处理和脱盐等领域。
1. 活性炭纤维对大气中有害气体的吸附活性炭纤维具有较大的比表面积和多孔结构，可以吸附大气中的有害气体，如二氧化硫、氮氧化物、苯等。
将活性炭纤维纳米材料应用于大气颗粒物捕集器、废气净化设备等中，可以有效去除大气中的有害气体，降低空气污染程度。
3. 活性炭纤维在污染气体处理中的应用活性炭纤维还可以用于污染气体的吸附和净化。
在工业废气处理中，通过将活性炭纤维材料应用于吸附剂中，可以有效吸附废气中的污染物，如苯、酚等有机化合物，减少对环境的危害。
活性炭纤维还可以通过电吸附、光催化和生物降解等方式对污染气体进行处理。
总结而言，活性炭纤维在水和大气污染治理中有着广泛的应用前景。
活性炭的制备与应用活性炭是一种非常高效的吸附材料，适用于各种领域的应用，如环境保护、工业生产、医药、食品加工等。
活性炭的制备方法有很多种，包括物理法、化学法和物理化学法等。
下面将介绍活性炭的制备方法和应用领域。
1.物理法：物理法是通过加热含有碳源的原料，使其在高温条件下缺氧炭化得到的活性炭。
常用的物料有木材、椰壳、煤炭等。
物理法制备的活性炭具有较高的孔隙度和比表面积，吸附性能较好。
2.化学法：化学法是通过在炭化过程中加入化学活性剂来制备活性炭。
常用的活性剂有磷酸等，活性剂与原料反应生成化合物，然后进行炭化处理得到活性炭。
化学法制备的活性炭具有较高的亲水性和抗酸性能。
3.物理化学法：物理化学法是综合应用物理和化学方法制备活性炭，常用的方法有物理化学激活法和沸腾法等。
在物理化学激活法中，活性炭原料在高温条件下与氧气或水蒸气反应，产生孔隙结构，增加活性炭的比表面积。
沸腾法是将活性炭原料加热至沸腾，通过瞬间脱去反应物质，制备活性炭。
活性炭的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1.环境保护：活性炭可以吸附有机物和气体中的污染物，如苯、甲醛、二氧化硫等。
它被广泛应用于空气净化、水处理和废气处理等领域，可以有效去除有害物质，提高环境质量。
2.工业生产：活性炭广泛应用于工业生产中的各个环节，如催化剂载体、分离和回收溶剂、垃圾焚烧废气净化等。
它可以增加化工反应的速度和选择性，提高生产效率。
3.医药领域：活性炭被广泛应用于医药领域的药物吸附和毒物吸附治疗。
它可以吸附体内有害物质，如药物过量、毒素等，达到解毒、治疗的效果。
4.食品加工：活性炭可以用作食品加工中的净化剂和脱色剂，可以去除食品中的色素、异味等有害物质，保持食品的质量和安全。
总之，活性炭是一种非常重要且广泛应用的材料，具有很多优良的性能。
它不仅可以帮助我们改善环境质量，保护身体健康，还可以提高工业生产效率，保障食品安全。
在未来的发展中，活性炭的应用前景将更加广阔。
活性炭纤维在治理水和大气污染中的应用活性炭纤维是一种具有高度多孔结构和特殊表面化学性质的纤维材料，具有极强的吸附能力和催化活性，因此在治理水和大气污染中有着广泛的应用。
活性炭纤维在水处理中的应用主要是通过吸附物质来去除水中的污染物。
活性炭纤维具有极高的比表面积和孔隙率，可以提供更多的吸附位，从而能够有效地吸附并去除水中的有机物、重金属离子和某些无机离子。
活性炭纤维可以制成滤芯、滤袋和滤布等不同形式，广泛应用于水净化器、废水处理设备和水处理工程中。
由于活性炭纤维具有较好的化学稳定性和耐高温性能，也可以用于脱氯、去除水中异味和净化饮用水等领域。
在大气污染治理中，活性炭纤维主要用于吸附和催化转化有害气体。
活性炭纤维可以吸附大气中的有害气体，如二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物等。
通过调节活性炭纤维的孔径和表面化学性质，可以提高其对特定有害气体的吸附能力。
活性炭纤维还可以用作催化剂载体，用于催化转化有害气体。
通过将催化剂负载在活性炭纤维上，可以提高催化剂的利用率和反应活性，从而有效地净化大气。
活性炭纤维在治理水和大气污染中的应用还可以通过制备复合材料来实现。
将活性炭纤维与其他功能材料结合起来，可以提高治理效果和降低成本。
将活性炭纤维与陶瓷纤维或膜材料组合起来，可以制备出具有高效过滤和分离性能的复合材料，用于水净化和废水处理。
将活性炭纤维与催化剂或光催化材料结合起来，可以制备出具有催化和光催化能力的复合材料，用于大气污染治理。
这些复合材料不仅继承了活性炭纤维的吸附能力和催化活性，还具有其他功能材料的特点，能够更加有效地治理水和大气污染。
活性炭纤维在治理水和大气污染中具有广泛的应用前景。
随着环境污染问题的日益严重，活性炭纤维技术的研究和应用还有很大的发展空间，有望为环境保护做出更大的贡献。
活性炭在水处理中的应用1前言据统计,我国每年排出的工业废水约为8×108 m3 ,其中不仅含有氰化物等剧毒成分,而且含有铬、锌、镍等金属离子。
废水的处理方法很多,主要有化学沉淀法、电解法和膜处理法等[1],本文介绍的是活性炭吸附法。
活性炭的表面积巨大，有很高的物理吸附和化学吸附功能。
因此活性炭吸附法被广泛应用在废水处理中。
而且具有效率高，效果好等特点。
2活性炭活性炭是一种经特殊处理的炭，具有无数细小孔隙，表面积巨大，每克活性炭的表面积为500-1500平方米。
活性炭有很强的物理吸附和化学吸附功能，而且还具有解毒作用。
解毒作用就是利用了其巨大的面积，将毒物吸附在活性炭的微孔中，从而阻止毒物的吸收。
同时，活性炭能与多种化学物质结合，从而阻止这些物质的吸收。
2.1 活性炭的分类在生产中应用的活性炭种类有很多。
一般制成粉末状或颗粒状。
粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。
颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便。
因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭[1]。
2.2 活性炭吸附活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。
2.3 影响活性炭吸附的因素吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标[2]。
吸附能力的大小是用吸附量来衡量的。
而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。
在水处理中，吸附速度决定了污水需要和吸附剂接触时间。
活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。
一般来说，颗粒越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附能力就越强。
污水的pH值和温度对活性炭的吸附也有影响。
活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量[2]。
吸附反应通常是放热反应，因此温度低对吸附反应有利。
当然，活性炭的吸附能力与污水浓度有关。
在一定的温度下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高。
活性炭纤维在治理水和大气污染中的应用活性炭纤维是指在纤维材料中添加了活性炭颗粒的一种纤维材料。
活性炭纤维具有活性炭的吸附性能和纤维的柔软性和耐磨性能，广泛应用于环境治理领域。
在治理水和大气污染中，活性炭纤维发挥了重要的作用。
本文将介绍活性炭纤维在治理水和大气污染中的应用，并探讨其发展前景。
1. 活性炭纤维在水处理中的吸附作用活性炭纤维具有非常强大的吸附性能，可以有效吸附水中的有机物、重金属离子和其他有害物质。
在水处理过程中，将活性炭纤维置于水中，通过其大表面积和微孔结构，可以高效地吸附水中的污染物，从而提高水的品质。
活性炭纤维可以制成各种滤料和填料，广泛应用于污水处理厂的污水处理设备中。
其能够有效去除污水中的有机物和重金属离子，提高污水处理效率，净化出水品质。
除了在工业污水处理中的应用，活性炭纤维还可以用于家庭水质净化设备中。
活性炭纤维可以制成滤芯，用于家用净水器中，去除自来水中的异味、色素、余氯和有机物质，提高家庭饮用水的品质。
活性炭纤维可以制成各种吸附剂和过滤材料，用于空气净化设备中。
制成活性炭纤维滤网的空气净化器，可以高效去除室内空气中的有害气体和颗粒物，改善室内空气质量。
2. 活性炭纤维在车载净化装置中的应用随着汽车排放标准的不断提高，车载净化装置成为了汽车尾气治理的重要设备。
活性炭纤维可以制成各种汽车尾气净化滤料，用于汽车尾气净化装置中，有效去除汽车尾气中的有害气体和颗粒物，减少汽车尾气对环境的污染。
三、活性炭纤维治理水和大气污染的发展前景随着汽车保有量的增加和交通尾气的排放问题日益突出，活性炭纤维在汽车尾气净化领域的应用也将会受到重视。
活性炭纤维具有良好的吸附性能和高温稳定性，是制备各种汽车尾气净化材料的理想选择。
活性炭纤维在空气净化和家用净水设备领域的应用也将得到发展。
随着人们对环境和健康的关注度不断提高，空气净化器和净水器已经成为了家庭必备的家电设备，活性炭纤维作为其关键材料将会受到更广泛的应用。
活性炭纤维及其在水处理中的应用作者：郑伟来源：《硅谷》2009年第23期[摘要]污水处理关系着人民生活与生命安全,因此需要进行深入研究。
对活性炭纤维的性能与结构进行分析,并给出在污水处理中的应用特性。
[关键词]活性炭纤维水处理应用中图分类号:TV22文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210156-01一、引言近几十年,我国出台了一系列水污染防治方面的法令法规和水质标准,但是并没有使水污染得到有效控制,随着近些年气候的异常,使得干旱地区水资源越来越匮乏,加上人为因素造成水污染的日益严重,导致部分地区处于严重缺水状态。
因此如何防治水污染,并且如何使污染的水体进行有效的处理是当前的迫切任务。
二、活性炭纤维的性能与结构活性炭纤维(Activated Carbon Fiber,ACF)是近年来发展起来的一种新型高效吸附材料,是资源回收和环保领域的纤维状吸附分离功能材料之一。
根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的分类标准,吸附剂的细孔分为三类:孔径大于50nm的为大孔,2nm～50nm的为中孔,小于2nm的为微孔。
碳纤维经活化后生成的ACF外形直径为5～30,与活性炭含有大孔、中孔和微孔不同,它的表面主要分布着大量的微孔,微孔的分布狭窄而均匀,孔径大多数分布在0.5～1.5nm之间。
由于活性炭纤维没有大孔,只有少量的过渡孔,微孔体积占总孔体积的90%以上,从而造就了活性炭纤维较大的比表面积,多数为1000～2500m2/g。
ACF的吸附特性不但取决于它的比表面积、总孔体积、微孔体积、孔径大小和分布,也取决于其表面的化学性质。
ACF主要由C、H、O三种元素组成,其化学性质主要由表面的化学官能团、杂原子和化合物确定,不同原料生产的ACF化学组成有差异。
ACF的结构特征属于非极性吸附剂,在多数情况下,比表面积和孔径是影响吸附性能的关键因素。
吸附的发生是由于吸附质分子与吸附剂表面分子发生相互作用。
活性炭改性方法及其在水处理中的应用作者：张建来源：《中国房地产业·下旬》2017年第11期【摘要】活性炭是用生物有机物质（包括煤、石油和沥青等在内）经过炭化、活化等过程制成的一种无定形炭。
它具有多孔结构、巨大的比表面积、吸附容量大、速度快和饱和可再生等特点，能够有效地去除水中的臭味、天然和合成溶解的有机物、微污染物以及一些大气中的污染气体等，但是普通活性炭比表面积小、孔径分布不均匀和吸附选择性能差，故普通活性炭需要进一步的改性，满足实验和工程需要。
现在常采用工艺控制和后处理技术对活性炭的孔隙结构进行调整，对表面化学性质进行改性，进而提高其吸附性能。
【关键词】活性炭；改性方法；水处理活性炭是一种吸附性很强的环境友好型吸附剂，有很好的吸附性能和催化性能。
活性炭的原料来源广泛并且具有很高的安全性和稳定性，具有耐酸碱、耐热、易再生等特点。
实践表明，活性炭对水中溶解的有机溶剂有很好的吸附性能，对水质浑浊有明显的澄清作用，并且能够去除水中的异味、臭味等，还能够过滤水中的微生物，因此在水处理行业中有着非常广泛的应用。
本文就活性炭的改性方法和其在水处理方面的应用进行了简述，旨在为活性炭及其改性产物在水处理行业中的应用提供一定参考。
1、活性炭的改性方法1.1表面氧化改性表面氧化改性是通过氧化剂对活性炭进行处理，从而使活性炭表面的官能团发生氧化，提高含氧的官能团（羧基、酚羟基、酯基等）数量，增强活性炭的亲水性能，即极性，增强对极性物质的吸附能力的改性方法，常用的氧化剂主要是双氧水、硝酸、臭氧、高氯酸等。
其中硝酸的氧化性最强，能够产生许多的酸性基团，其他氧化剂则相对温和，可以用于调整活性炭的表面酸性。
氧化改性后的活性炭材料表面几何形状更加均匀，并且使用不同的氧化剂能够得到韩阳官能团数量和极性不同的活性炭材料，其中，酸性含氧官能团含量的多少与氧化程度有很大的关系。
1.2 活性炭表面化学性质的改性方法活性炭表面化学性质的改变主要是通过一定的方法改变活性炭表面的官能团以及表面负载的离子和化合物，从而改变其表面的化学性质达到活性炭的吸附能力的提高。
活性炭吸附废水处理技术是一种常见的环保技术，也是一种比较经济有效的方法。
活性炭是一种微孔材料，其内部孔道形成了很大的表面积，从而具有很强的吸附性能。
在废水处理中，活性炭可以吸附废水中的有害物质，减少其对环境的影响，同时也可以回收和再利用废水中的有用物质。
一、活性炭吸附的基本原理：活性炭是一种具有分子筛作用的材料，其内部孔道可以吸附一些有害物质，如可溶性有机物、氯化物、氨、汞、铅等重金属。
活性炭吸附的基本原理是通过物质的两种相作用发生的。
一种相是物质有机化学反应，另一种相是物质与固体表面发生相互作用，使活性炭的微孔结构发挥出最大的优势。
因此，活性炭具有很好的吸附性能。
二、活性炭的制备方法：1. 物理法：将天然煤、木屑等原料进行炭化得到活性炭。
这种制备方法成本较低，但活性炭的孔径和分布不均匀，吸附性能不稳定。
2. 化学法：是将有机物质如聚苯乙烯等在特定条件下进行炭化制备。
这种制备方法孔径均匀，粒度大小一致，吸附性能稳定，但成本较高。
3. 活化法：活化法是通过气体或液体的活化剂对煤粉、木材等原料进行活化制备。
这种方法具有制备周期短，有机物质质量大，活化剂可回收等优点。
三、废水中活性炭的应用：1. 废水处理：活性炭在废水处理中可以吸附废水中的污染物如有机物质、重金属等，去除废水中的异味和色度，提高废水的质量。
活性炭也可以用于提高废水处理设备的效率和寿命，减少处理量。
2. 节能减排：废水中的有用物质如蛋白质、氨等可以回收再利用，用于生产有机肥料、动物用料等。
这不仅可以减少废水的处理量，还可以提高资源的利用率，节约能源，减少污染物排放量。
四、的优点：1. 成本低：活性炭的制备成本低，在废水处理中可以达到很好的效果。
2. 健康环保：使用活性炭可以从废水中去除异味和色度，提高水质，同时防止废水中的污染物对环境和人体的伤害。
3. 回收利用：废水中的一些有用物质可以回收再利用，减少污染物排放量，节约能源，提高资源利用效率。
活性炭处理操作流程活性炭是一种多孔性的碳质材料，能够吸附有机物、重金属离子以及其他杂质。
因此，活性炭广泛应用于水处理、空气净化、废气处理等领域。
下面是活性炭处理的操作流程。
1.碳材料选择：根据所需处理的介质不同，选择合适的活性炭材料，如活性炭颗粒、活性炭纤维等。
2.活性炭制备：根据选择的碳材料，通过炭化、活化等过程制备活性炭。
这些过程可以使用物理法、化学法或物理-化学法进行。
3.活性炭装置设计：根据处理介质的特性和处理量，设计活性炭装置的结构和尺寸。
通常包括进料单元、活性炭层、出料单元等。
4.进料准备：将待处理的介质进行预处理，如去除大颗粒物、调整pH值等。
这些预处理能够提高活性炭的吸附效果。
5.进料进入活性炭装置：将预处理过的介质通过管道输送至活性炭装置的进料单元。
进料速度需要根据介质的性质进行调整，避免过快导致流速太快、过慢导致吸附效果下降。
6.活性炭吸附：介质通过活性炭层时，活性炭中的孔道会吸附介质中的有机物、重金属离子等。
活性炭的吸附能力与其表面积、孔径以及介质性质有关。
7.出料处理：经过活性炭层吸附后，处理后的介质从出料单元排出。
可以采取不同的方式处理出料，如过滤、沉淀、离心等。
8.活化处理：当活性炭吸附饱和时，需要进行活化处理以恢复吸附能力。
活化方式可以是物理活化、化学活化等。
9.活性炭再生：通过各种方式对饱和的活性炭进行再生，使其恢复吸附性能。
常见的再生方式有热解、水蒸气再生等。
10.废弃物处理：处理活性炭再生时产生的废弃物，如过滤、浸泡、烧结等，根据不同的再生方式采取相应的废弃物处理方法。
11.质量检测和监控：在整个活性炭处理过程中，需要进行定期的质量检测和监控，以确保活性炭处理的有效性和安全性。
以上是活性炭处理的主要操作流程，不同的处理需求和介质特性可能会有一些差异。
因此，在具体操作过程中需要根据实际情况进行调整和改进。
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. 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