稻壳基活性炭制备及其对重金属吸附研究

稻壳炭的用途稻壳炭是一种由稻壳经过高温炭化而成的炭材料，具有多种用途。

下面将详细介绍稻壳炭的用途。

1. 农业领域稻壳炭可以用作农业领域的土壤改良剂。

稻壳炭富含有机质和矿物质，可以提供植物生长所需的营养元素，并且能够改善土壤结构，增强土壤通气性和保水性，提高土壤的肥力。

此外，稻壳炭还可以吸附土壤中的重金属和农药残留物，减少对植物的危害，促进作物的健康生长。

2. 畜牧业领域稻壳炭可用作畜牧业领域的饲料添加剂。

稻壳炭具有良好的吸附性能，可以吸附动物消化道内的有害物质，减少食物中的毒素对动物的危害。

同时，稻壳炭还可以改善动物肠道菌群平衡，促进消化吸收，提高动物的生长速度和免疫力。

3. 工业领域稻壳炭在工业领域有着广泛的用途。

首先，稻壳炭可以用作水处理剂。

由于稻壳炭具有较高的比表面积和孔隙结构，可以有效吸附水中的有机物、重金属和异味物质，提高水质的净化效果。

其次，稻壳炭可以用作催化剂的载体。

将催化剂负载在稻壳炭上，可以增加催化剂的活性和稳定性，提高反应效率。

此外，稻壳炭还可以用作电池电解质添加剂、填料材料和气相吸附剂等。

4. 环境保护领域稻壳炭在环境保护方面也有着重要的应用。

首先，稻壳炭可用作空气净化剂。

由于稻壳炭具有良好的吸附性能，可以吸附空气中的有害气体、颗粒物和异味物质，净化空气质量。

其次，稻壳炭可以用作土壤修复剂。

稻壳炭可以吸附土壤中的有害物质，如重金属离子和有机物，减少污染物对土壤和地下水的危害。

此外，稻壳炭还可以用于城市污水处理和废气治理。

5. 生活领域稻壳炭在生活领域也有一定的应用。

稻壳炭可以用作天然除臭剂和湿度调节剂。

将稻壳炭放置在室内或冰箱中，可以吸附空气中的异味物质，净化室内空气；同时，稻壳炭还可以吸湿调湿，防止潮湿引起的霉菌和螨虫滋生。

总结起来，稻壳炭具有农业、畜牧业、工业、环境保护和生活等多个领域的应用。

它可以改善土壤肥力、促进植物生长，净化水质和空气，增强动物的免疫力，促进工业反应和污染物处理，以及提供舒适的生活环境。

摘要玉米秸秆是农业生产过程中最为常见的废料，如何能够通过对当前的化学工程的试验，体现出对农业废料的应用，将是当前的理论学术发展过程的重要性意义的体现。

本实验设计以玉米秸秆为原料，用单一素实验设计：以氯化锌为活化剂，在不同的浸渍比（氯化锌与原料的质量比）、活化时间和活化温度条件下制备活性炭样品，通过测定活化炭样品的甲基橙吸附值，研究各实验条件对活性炭样品吸附能力的影响。

确定最佳条件，最后用最佳条件下制备的活性炭对含铬废水(实验室用重铬酸钾自行配置)吸附进行性质实验。

在研究中一般会遇到的困难有，在玉米秸秆粉碎的过程中要尽量打碎、筛分，便于反应的进行；在测量质量时有误差和有细微的失误在马弗炉内活化炭化好的物料时温度和时间不好控制；同时也可能会遇到人为操作原因、试验仪器的性能等原因造成试验的结果不理想，以及对于反应结果的检验标准难以测定等困难。

关键词：氯化锌；玉米秸秆；活性炭；吸附性能；研究ABSTRCTMaize straw is the most common waste in the process of agricultural production, how can through to the current chemical engineering experiment, embody the application of agricultural waste, will be the current theory of academic importance significance in the course of its development. This experiment design by corn straw as raw material, using single factor experiment design: zinc chloride as activator, in different impregnation ratio (zinc chloride and the quality of raw material ratio), activation time and activation temperature under the condition of the preparation of activated carbon samples, by measuring the methyl orange adsorption activated carbon samples, studies each experimental condition the influence of the adsorption capacity of activated carbon samples. To determine the best conditions, and finally, the preparation of activated carbon with the best possible conditions of wastewater containing chromium (laboratory using potassium dichromate configure) adsorption properties experiments.In the study would have encountered difficulties, in the process of maize straw crushing to break, screening, to facilitate the reaction; With minor mistakes in quality from time to tome measurement error and activate the carbonized material in the muffle furnace temperature and time is not good control; At the same time, it may encounter artificial operation reason, test instruments to causes such as the performance of the test result is not ideal, and response to the results of inspection standard is difficult to determine.KEYWORDS: zinc chloride; Corn stalk; Activated carbon; Adsorption performance; research目录摘要 (1)ABSTRCT (2)1、绪论 (4)1.1 研究背景及意义 (4)1.1.1 研究背景 (4)1.1.2 研究意义 (4)1.2 研究的目的 (5)1.3 研究内容 (5)1.2 国内外研究现状 (5)1.2.1 国内研究现状 (5)1.2.2 国外研究现状 (7)2 实验 (9)2.1 仪器与试剂 (9)2.2 秸秆活性炭的制备 (9)2.3实验 (9)2.3.1单一因素变化对制备效果的影响 (9)2.3.2 试验结果分析 (12)2.4 正交实验 (13)2.5 结论 (15)3 结论 (17)参考文献 (18)致谢 (20)1、绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景染料工业在全球应用范围极其广泛，在纺织品、皮革、纸张、食品和美容化妆等领域都涉及染料的应用。

稻壳灰对亚甲基蓝的吸附性能研究
包嵩;陈少茹;吴健;戴弘毅
【期刊名称】《化学教与学:下半月》
【年(卷),期】2022()12
【摘要】采用一种简单易操作的燃烧稻壳的方法,将制得的稻壳灰用于对染料废水中亚甲基蓝的吸附,考察吸附剂投加量、吸附时间、吸附温度、初始溶液pH对吸附性能的影响。

扫描电子显微镜显示,制得的稻壳灰具有比表面积大、曲折度大、孔隙多等微观形貌特点。

实验结果显示,吸附平衡时间仅需60 min,具有高的吸附速率。

当吸附温度为20℃、投加量为24 g/L、不改变溶液初始pH时,稻壳灰对10.0 mg/L亚甲基蓝溶液具有良好的去除效果。

【总页数】4页(P60-63)
【作者】包嵩;陈少茹;吴健;戴弘毅
【作者单位】上海市青浦区第一中学
【正文语种】中文
【中图分类】G632.41
【相关文献】
1.改性稻壳吸附亚甲基蓝模拟废水试验研究
2.稻壳基活性炭对亚甲基蓝吸附平衡与动力学研究
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5.NaOH改性稻壳对亚甲基蓝的吸附性能研究
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葵花籽壳生物质活性炭的制备及其吸附研究陈英;张文庆【摘要】The sunflower seeds shell has been imPregnated by PhosPhoric acid at a ration of 2:1,3:1,4:1,in PreParation of activated carbon from the carbonization temPerature 350 ~ 850 ℃. After examining the PhosPhoric acid imPregnation,the carbonization temPerature,the PH,the adsorPtion temPerature,and the adsorPtion time of the solution on the adsorPtion results. The results show that,in the PhosPhoric imPregnation ratio 2:1,the con-centration of the PhosPhoric acid is 50% ,the activated carbon surface area reached 1494. 883 m2 ·g ﹣ 1 at the car-bonization temPerature of 650 ℃ ,the obtained activated carbon,the PH is 7,adsorPtion temPerature of 20 ℃, adsorPtion time is 110 minutes,the best adsorPtion effect of adsorPtion of nitrobenzene can be obtained. The re-moval efficiency is 95. 82% and the adsorPtion caPacity is 47. 91 mg·g ﹣ 1 .%采用磷酸浸渍葵花籽壳在350~850℃的炭化温度下制备生物质活性炭并用自制的生物质活性炭吸附水溶液中的硝基苯.通过对磷酸浸渍比、磷酸浓度、炭化温度、溶液的 PH 值、吸附时间、吸附温度对吸附结果的影响等因素的研究，得到在磷酸浸渍比为2：1、磷酸浓度为50%、炭化温度为650℃条件下制得的活性炭比表面积达到1494.883 m2·g ﹣1；在吸附时间110 min、吸附温度为20℃、溶液 PH 为7的条件下其对水溶液中的硝基苯有最佳吸附效果.硝基苯的吸附去除率可达到95.82%、吸附量达到47.91 mg·g ﹣1.【期刊名称】《绵阳师范学院学报》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】6页(P67-72)【关键词】改性;葵花籽壳;活性炭;比表面积;硝基苯吸附【作者】陈英;张文庆【作者单位】绵阳师范学院化学与化学工程学院，四川绵阳 621006;绵阳师范学院化学与化学工程学院，四川绵阳 621006【正文语种】中文【中图分类】TQ424.1;X703陈英，张文庆(绵阳师范学院化学与化学工程学院，四川绵阳621006)近年来，随着制备活性炭的工艺不断发展，制备原材料也从木炭延伸到果壳、煤、工业废渣、废轮胎、石油焦等富碳材料，使资源得到了充分的利用.过去葵花籽壳作为废弃物，大部分被燃烧掉，造成资源的极大浪费.将葵花籽壳炭化和活化制成活性炭，不仅可以有效处理固体废弃物，而且能够变废为宝，实现资源再利用.目前比较成熟的化学活化法有ZnCl2活化法、NaOH或KOH活化法和H3PO4活化法.ZnCl2活化法作为活性炭的主要活化法之一，李玥等研究了ZnCl2活化法制备稻壳活性炭的工艺过程中的各项操作参数，结果表明，活性炭在ZnCl2浸渍比1:2.5，浸渍时间12 h，活化温度600℃，活化时间60 min时，所制得的产品吸附性能符合要求［1］.NaOH或KOH活化剂可制备高比表面积的活性炭，利用NaOH或KOH与原料中的碳反应，刻蚀掉其中的部分碳，再经洗涤把生成的盐和多余的NaOH或KOH 洗掉，被刻蚀的位置也就形成了孔［2］.原芳等以KOH为活性剂制备活性炭对碘的吸附值达到1 010 mg·g-1，对水中的有机物和高锰酸盐的去除率分别为71％和61％，好于现有商品活性炭［3］.舞文洁等以NaOH作为活化剂制备的活性炭对亚甲基蓝的吸附值为250 mg·g-1，对碘的吸附值达到726 mg·g-1［4］.相比ZnCl2的活化工艺，以H3PO4活化剂制备活性炭，具有炭化温度较低、污染较少和成本较低的优点，因而用H3PO4活化法成为活性炭活化工艺主要的研究方向.活化过程中，H3PO4与原料内部的无机物生成磷酸盐，因膨胀而增大微晶的距离，再经洗涤把生成的磷酸盐和多余的H3PO4洗掉，可以得到孔结构非常发达的活性炭［5］.徐涛等以H3PO4为活化剂制备制备活性炭的比表面积为1 018.5 m2·g-1［6］.本文对采用磷酸活化法制备的葵花籽壳生物质活性炭，并用于水溶液中的硝基苯的吸附性能的影响研究.1.1 主要试剂及仪器浓磷酸(AR，成都市科龙化工试剂厂)、盐酸(AR，成都市科龙化工试剂厂)、氢氧化钠(AR，成都市联合化工试剂研究所)、硝基苯(AR，天津市科密欧化学试剂有限公司)、葵花籽壳(内蒙古河套平原) ;数显电热恒温干燥箱(202A-1，江苏金坛市医疗仪器厂)、电子分析天平(AUY120，日本岛津电子分析仪器有限公司)、马弗炉(SGM38，洛阳市西格玛仪器制造有限公司)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR8400，杭州谱镭光电技术有限公司)、比表面积与孔分布测定仪(SSA-4300，北京彼奥德电子技术有限公司)、T6新世纪紫外可见分光光度计(2004(C)北京普析通用仪器有限公司)、pH计(PHS-3D，江苏江分电分析仪器有限公司) .1.2 改性葵花籽壳生物质活性炭的制备将内蒙古河套平原出产的葵花籽剥壳，葵花籽壳在2％ NaOH溶液浸泡48 h后，用二次蒸馏水洗成中性，烘干48 h，然后将葵花籽壳粉碎，过100目的筛，备用. 用85 ％的浓磷酸配置成20％、30％、40％、50％、60％、70％的磷酸溶液.平行精确称取6组6.0000 g的葵花籽壳粉末，用配置后的磷酸溶液分别按磷酸溶液:葵花籽壳为2:1、3:1、4:1(质量比)进行浸渍实验，经48 h浸渍处理后放入封闭的马弗炉中，按10℃·min-1的升温速度加热到650℃并保温2 h，冷却至室温，取出，用去离子水洗至中性，烘干、研碎备用.1.3 改性葵花籽壳生物质活性炭红外谱图的扫描以溴化钾薄模片为空白样，采用FT-IR8400型傅立叶变换红外光谱仪扫描背景.取约0.01 g活性炭粉末，按活性炭粉末与溴化钾晶体质量比为1:20进行充分混合、碾磨，将混合物的粉末加入压模器，在液压机上压制成薄模片放入FT-IR8400型傅立叶变换红外光谱仪中在500～4000 cm-1扫描，得到谱图.1.4 改性葵花籽壳生物质活性炭比表面积的测定用比表面积与孔分布测定仪的物理吸附仪，采用N2吸附法测定磷酸浓度为20％、40％、50％、70％浸渍比为2:1条件下制备的活性炭的比表面积和孔体积的大小.1.5 改性葵花籽壳生物活性炭对硝基苯吸附的测定1.5.1 硝基苯溶液的配制用电子分析天平精确称取0.2020 g的硝基苯，加入2.00 L的容量瓶中用二次蒸馏水稀释至刻度，摇匀，配制成100.00 mg·L-1的硝基苯溶液备用.1.5.2 硝基苯的紫外吸收光谱图的扫描用二次蒸馏水做参比溶液，在200～400 nm扫描15.00 mg·L-1硝基苯溶液的紫外吸收光谱图.紫外光谱图如1所示:由图1可知，硝基苯在268 nm有较强的吸收峰，所以确定268 nm作为吸收波长测定硝基苯吸光度，计算出硝基苯剩余浓度Ce.1.5.3 硝基苯标准曲线的测定精确配制硝基苯的标准曲线，分用紫外可见分光光度计在268 nm的波长下测得其吸光度.1.5.4 改性葵花籽壳生物质活性炭最佳制备条件的选择(1)最佳磷酸浓度、浸渍比的选择移取100.00 mg·L-1的硝基苯溶液50.00 mL于250 mL的碘量瓶中，用浓H2SO4或浓NaOH溶液调节硝基苯溶液pH =7.用电子分析天平分别称取磷酸浸渍比为2:1、3:1、4:1磷酸浓度为20％、30％、40％、50％、60％、70％活化制备的18种活性炭0.1000 g加入到18个上述已加入了硝基苯溶液的碘量瓶中，在20℃恒温水浴振荡180 min.取出碘量瓶静置到无颗粒悬浮，取上层清液离心5 min.取离心后上清液，测定其紫外吸光度Abs.(2)最佳炭化温度的选择在最佳磷酸浓度、浸渍比条件下制备出350℃、450℃、550℃、650℃、750℃、850℃温度下制备的活性炭，分别称取0.1000 g加入6个已加入50.00 mL，100.00 mg·L-1硝基苯溶液的碘量瓶中，按设计实验操作.1.5.5 硝基苯最佳吸附条件的选择(1)最佳pH的选择改变硝基苯溶液的pH，选择最佳磷酸浓度、浸渍比和炭化温度制得的活性炭，精确称取6组0.1000 g分别加入6个已加入50.00 mL，100.00 mg·L-1硝基苯溶液的碘量瓶中，其他条件保持不变.(2)最佳吸附温度的选择在最佳pH条件下，称取6组0.1000 g分别加入6个已加入50.00 mL，100.00 mg·L-1硝基苯溶液的碘量瓶中，改变反应温度，其他条件不变.(3)最佳吸附时间的选择在最佳pH、吸附温度条件下;称取6组0.1000 g分别加入6个已加入50.00 mL，100.00 mg·L-1硝基苯溶液的碘量瓶中，改变反应时间，其他条件不变.2.1 改性葵花籽壳生物质活性炭红外测定结果按实验步骤1.4操作，扫描得到的活性炭红外光谱图，如图2所示:由图2可知，活性炭在3442.70 cm-1、667.32 cm-1的吸收峰证明存在游离或者缔合的-OH，1 124.42 cm-1是C-O伸缩振动，说明活性炭中有-OH的存在; 2 921.96 cm-1有吸收峰是-COOH中的-OH伸缩振动，说明活性炭中有-COOH的存在; 1 631.67 cm-1是碳碳双键C = C伸缩振动，综合以上吸收峰，证明了活性炭中有-OH、-COOH、C = C的存在.2.2 改性葵花籽壳生物质活性炭比表面积测定结果按照1.5的操作，测定比表面积的结果如表1所示:由表1结果表明，在磷酸浓度较低时随着浓度的增大制备的活性炭比表面积逐渐增大;当磷酸浓度大于50％时，磷酸浓度增大反而比表面积减小;在磷酸浓度为50％制备的葵花籽壳生物质活性比表面积最大，达到1494.883 m2·g-1.2.3 改性葵花籽壳生物质活性炭吸附硝基苯的实验2.3.1 硝基苯标准溶液的工作曲线绘制测一系列不同浓度硝基苯标准溶液的吸光度，实验结果如图3所示:2.3.2 改性葵花籽壳生物质活性炭最佳制备条件的结果(1)最佳浸渍浓度、最佳浸渍比的结果改变浸渍浓度、磷酸浸渍比试验结果图4所示:由图4结果表明，当磷酸浓度较小时，随着磷酸浸渍比的增加，活性炭对硝基苯的吸附能力逐步提高;当磷酸浓度达到40％时，磷酸浸渍比增加，活性炭对硝基苯的吸附能力逐步减小.但减小到一定程度后就不明显.实验结果表明，磷酸浓度为50％、浸渍比为2:1时，制得活性炭对硝基苯吸附效果最好.去除率达到95.82％、吸附量达47.91 mg·L-1.(2)炭化温度对吸附效果的影响按照设计的实验操作，炭化温度对硝基苯吸附效果的影响如图5所示:由图5结果表明，在炭化温度小于650℃时，活性炭对硝基苯吸附的去除率随着炭化温度的升高而增大;当炭化温度大于650℃时，活性炭对硝基苯的去除率基本不变，说明葵花籽壳在650℃时基本上完成炭化过程;在650℃时，活性炭对硝基苯的去除率达到最大值为95.76％，吸附量为47.88 mg·g-1.2.3.3 硝基苯最佳吸附条件的结果(1) pH对吸附效果的影响按照设计的实验操作，pH对硝基苯吸附效果的影响如图6所示:由图6结果表明，在酸性条件下，pH值对硝基苯吸附的影响不十分明显，随着pH值的增大，活性炭对硝基苯的去除率缓慢增大;在碱性条件下，pH值对硝基苯吸附的影响显著，随着溶液pH值的增大而减小.这是因为活性炭能吸附水中的OH-，从而影响对硝基苯的吸收.当pH为7时，硝基苯的去除率和吸附量达到最大值，去除率为95.77％，吸附量为47.89 mg·g-1.(2)温度对吸附效果的影响按照设计的实验操作，吸附温度对硝基苯吸附效果的影响如图7所示:由图7结果表明，在室温的20℃时，活性炭对硝基苯吸附的效果最好;随着温度上升，活性炭对硝基苯吸附减小.在温度上升过程中，活性炭对硝基苯的吸附由物理吸附转变成化学吸附.随着温度升高，硝基苯分子热运动变快，导致吸附效果的降低.在温度为20℃时，硝基苯去除率和吸附量出现最大值，其中去除率为95.74％，吸附量为47.87 mg·g-1.(3)时间对吸附效果的影响按照设计的实验操作，吸附时间硝基苯对吸附效果的影响如图8所示:由图8结果可知，在吸附时间为110 min时，活性炭对硝基苯的去除去除率达到95.80％;吸附量为47.90 mg·g-1达到饱和.当时间小于80 min时，为活性炭对硝基苯的吸附突增段，去除率的斜率很大;时间在80～110 min时因为活性炭对硝基苯的吸附慢慢接近了饱和，去除率斜率变小;当时间大于110 min去除率基本不变，因为达到了活性炭对硝基苯的吸附极限，吸附量不再增加.采用磷酸活化法制备葵花籽壳生物质活性炭吸附硝基苯的最佳工艺条件是:磷酸浓度为50％，磷酸浸渍比2:1，炭化温度为650℃，吸附pH为7，吸附温度为20℃，吸附时间为110 min.所得葵花籽壳生物质活性炭比表面积达到1494.883m2·g-1，对硝基苯吸附去除率为95.82％，吸附量达到47.91 mg·g-1.Preparation and Adsorption on Biomass Activated Carbon of Modified Shell of Sunflower SeedsCHEN Ying，ZHANG Wenqing(School of Chemistry and Chemical Engineering，Mianyang Normal University，Mianyang，Sichuan 621000)【相关文献】［1］李玥，陈正行.稻壳制备活性炭的研究［J］.粮油加工与食品机械，2004，9 (10) : 55-57. ［2］Tian Yong，Liu Ping，Wang Xiufang，et al.Offgas Analysis and Pyrolysis Mechanism of Activated Carbon from Bamboo Sawdust by Chemical Activation With KOH［J］.Journal of Wuhan University of Technology-Mater，2011，26 (1) : 10-14.［3］原芳，刘琰，孙德志等.稻壳活性炭的制备及在水质净化中的应用［J］.哈尔滨商业大学学报(自然科学版)，2005，21 (2) : 166-169.［4］武文洁，张淑萍，王万森等.以稻壳为原料制备活性炭研究［J］.天津化工，2006，20 (6) :27-30.［5］Shi Qianqian，Zhang Jian，Zhang Chenglu，et al.Preparation of activated carbon from cattail and its application for dyes removal［J］.Journal of Environmental Sciences，2010，22 (1) : 91-97.［6］徐涛，刘晓勤.磷酸活化法制备花生壳活性炭工艺［J］.化学工程，2009，37 (11) : 70-74.。

安徽理工大学大学生节能减排社会实践与科技竞赛作品名称：以稻壳为原料制备白炭黑材料学院名称: 材料科学与工程学院团队名称：开源团队指导教师：刘银副教授目录摘要 (2)一、稻壳 (3)1.1稻壳产量概况 (3)1.2稻壳简介 (3)1.2.1 稻壳的主要组成 (3)1.2.2 稻壳的特性 (3)1.3稻壳的现状与用途 (4)1.3.1 稻壳的现状简析 (4)1.3.2 稻壳的用途 (4)二、以稻壳为原料制备白炭黑 (6)2.1白炭黑的名称及种类 (6)2.2白炭黑的性质 (6)2.3目前制备白炭黑的主要方法 (7)2.3.1 传统方法 (7)2.3.2 新方法 (7)2.4利用稻壳制备白炭黑 (8)2.4.1实验步骤 (8)2.4.2 实验结果图 (10)2.4.3 白炭黑用途 (11)三、结论 (12)参考文献 (13)以稻壳为原料制备白炭黑的研究摘要我国稻壳资源相当丰富（4500万吨/年），但利用率很低，大部分作为废物丢弃或作为低级燃料用，造成了环境污染。

实现稻壳资源化利用，增加其附加值，变废为宝，对促进稻壳资源循环高效利用具有重要的现实意义。

因此本作品对稻壳的成分和利用现状进行了详细地调研和分析，进行了以稻壳为原料制备白炭黑的研究。

稻壳最主要的特点是硅含量高，稻壳灰的质量约是稻壳质量的20%，稻壳灰主要成分是二氧化硅（87%-97%），本作品总体思路是通过对稻壳的酸化以及热处理，提高稻壳内的二氧化硅的含量，初步得到较纯的二氧化硅即白炭黑。

此工艺较为简单、能耗低、生产成本相对较低，一定程度解决了稻壳利用率低的问题，减少对环境的污染，还能够廉价地合成纯度相对较高的白炭黑，克服了传统方法以石英砂和纯碱为原料制备白炭黑能耗大，成本高的缺点。

此外本作品还探索使用微波烧结工艺，以及改变实验温度等其他条件，观察生成的白炭黑的组成和结构的不同。

我国可再生能源越来越受到重视和政策扶持，以稻壳制备白炭黑拓宽了稻壳的使用范围，具有非常可观的前景。

广东化工2019年第11期·124·第46卷总第397期稻壳的资源化利用研究进展罗红元1*，林伟琦2，罗联忠3，叶廷秀4(1．厦门市海洋药用天然产物资源重点实验室，厦门医学院，福建厦门361023；2．厦门市产品质量监督检验愿，福建厦门361004；3．海洋生物医药资源福建省高校工程研究中心，厦门医学院，福建厦门361023；4．厦门医学院药学系，福建厦门361023)A Review on Rice Husk Utilization TechnologiesLuo Hongyuan1,2*,Lin Weiqi3,Luo Lianzhong1,2,Ye Tingxiu4(1.Xiamen Key Laboratory of Marine Medicinal Natural Products Resources,Xiamen Medical College,Xiamen361023；2.Engineering Center for Marine Biomedical Resource Utilization,Xiamen Medical College,Xiamen361023；3.Xiamen Products Quality Supervision&Inspection Institute,Xiamen361004；4.Department of Pharmacy,Xiamen Medical College,Xiamen361023,China)Abstract:The rice hulk is the most by-products in the rice processing.The rice hulk resources in China are abundant,but not fully and effectively utilized.It is not only a waste of resources,but also an environmental pollutant.The main components of rice husk are silica,cellulose,and fatty acid.The utilization of rick husk as a renewable resource for the production of various products has been a meaningful research topic for decades.This paper reviews the current research progress of rice husk utilization technologies.Keywords:rice husk；resource recovery energy；saving and emission reduction水稻是全球一半以上人口赖以生存的基本食粮，也是大部分中国人的基本食粮。

稻壳生物炭的制备及性质表征黄兆琴;张乃文;刘霞【摘要】以稻壳为原料制备两种不同温度(350 ℃、550 ℃)生物炭, 并对其理化特性进行表征, 结果表明: 550 ℃下制备的稻壳炭中C元素和灰分含量高于350 ℃稻壳炭, 而氢、氮、氧元素含量较低, H/C和(N+O)/C值均低于350 ℃稻壳炭, 说明较高温度下制备的生物炭碳化较为完全, 芳香化程度较高、极性较低.稻壳生物炭具有丰富的管状结构和孔状结构, 生物炭表面含有丰富的官能团如羟基、羧基、醚键、酯羰基等, 较低温度下制备的生物炭中醚键基团和脂肪族物质较多, 较高温度下制备的稻壳炭芳香性较强, 含酯羰基基团较多.%Biochars were prepared by using rice husk under the limited oxygen cracking condition and the different pyrolysis temperatures including 350℃ and 500℃. Several technologies were utilized to analyze the physical or chemical characteristics of biochars. The results showed that the carbon content and ash contents of biochar obtained under 500 ℃were higher than that of 350 ℃, while the content of O, H, N and the ratio of H/C和( N+O)/C were lower. These suggested that the biochar pyrolysis under higher-temperature was carbonized more efficiently and exhibited more aromaticity but lower polarity. The results of SEM showed that the biochars had rich pore structure. The DRIFTS results exhibited that hydroxyl, carboxyl, ether, ester carbony and other functional groups all can be found on the surface of the rice husk-derived biochar. Biochars obtained under lower temperature (350 ℃) possessed more less aliphatic matter and the ether bonds, while the higher temperature biochars (550 ℃) had aromatic compounds.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2018(046)012【总页数】4页(P40-43)【关键词】稻壳;生物炭;性质【作者】黄兆琴;张乃文;刘霞【作者单位】江苏开放大学环境与生态学院,江苏南京 210071;江苏开放大学环境与生态学院,江苏南京 210071;江苏开放大学环境与生态学院,江苏南京 210071【正文语种】中文【中图分类】X131.3我国是农业大国，农业废弃物产量很大，仅农业秸秆产生量高达约8.4亿吨，农业废弃物资源化利用迫在眉睫。

生物炭老化及其对重金属吸附的影响生物炭具有丰富含氧官能团、多孔结构、阳离子交换量、芳香性结构等使其对重金属具有良好的固持作用，进而在重金属污染土壤修复中具有良好的应用前景。

生物炭施入土壤中在与土壤接触过程中受物理、化学和生物作用而发生老化现象，致使生物炭特性发生改变。

下文阐述了原料来源、热解温度和老化方法对老化生物炭特性的影响，以及老化生物炭对重金属吸附的影响机制。

老化作用对生物炭特性的改变主要体现在灰分、表面元素组成、含氧官能团、pH、形貌特征、孔隙结构及比表面积。

老化生物炭表面含氧官能团、负电荷和CEC 含量增加会促进其对重金属的吸附；而比表面积和pH 的降低、酚羟基和芳香醚含量增加以及羧基数量减少则抑制其对重金属的吸附。

前言生物炭（bio）是由生物质在完全或部分缺氧的状态下热解（通常<700 ℃）产生一类含碳量较高且高度芳香化固态物质。

近年来，生物炭在固碳减排、土壤改良和污染修复等方面的环境效应和生态效应已经引起广泛关注。

自然界中生物炭作为森林火灾的残留物具有很长的寿命可以在土壤生态系统中保存时间超过10000 年，但也有研究人员指出，生物炭的平均残留时间最少只有19 年。

因此，生物炭在进入环境以后，可能在生物、非生物过程中被很快降解，或者至少是表面迅速氧化，而这样的过程无疑对生物炭的环境功效产生影响。

研究者初步证实，生物炭老化后一方面其表面含氧官能团（如羟基、酚羟基等）的增加可以促进其对重金属的吸附，而另一方面其比表面积和pH 的降低会导致生物炭对重金属吸附量降低，那么老化过程对生物炭特性的改变及其对重金属吸附的促进或降低机制如何? 这个问题还亟待研究解决。

本文在阐述老化作用对生物炭特性影响的基础上，综述了老化作用对生物炭吸附重金属的影响机制，并提出生物炭的老化及其对重金属吸附影响进一步研究的相关科学问题。

一、老化作用对生物炭特性的影响1 原料来源及热解温度对老化生物炭特性的影响生物炭原料来源非常广泛，常见的有木屑、秸秆、竹屑、稻壳等，也有动物粪便、沉积物、污泥等，其主要组分是木质素、纤维素、半纤维素和无机矿物组分。

生物质热解制备活性炭性能实验报告一、实验背景活性炭作为一种具有优良吸附性能的多孔材料，在环境保护、化工、医药等领域有着广泛的应用。

传统的活性炭制备方法通常依赖于化石资源，不仅成本较高，而且对环境造成一定压力。

生物质作为一种可再生资源，通过热解技术制备活性炭具有潜在的优势和应用前景。

二、实验目的本实验旨在研究生物质热解制备活性炭的性能，包括比表面积、孔隙结构、吸附性能等，为优化制备工艺和提高活性炭质量提供依据。

三、实验材料与设备（一）实验材料选取了玉米秸秆、稻壳、木屑等常见的生物质作为原料。

（二）实验设备1、热解炉：用于生物质的热解反应。

2、气体分析仪：用于分析热解过程中产生的气体成分。

3、比表面积及孔径分析仪：用于测定活性炭的比表面积和孔隙结构。

4、吸附实验装置：包括吸附柱、恒温振荡器等，用于评估活性炭的吸附性能。

四、实验方法（一）生物质预处理将收集到的生物质原料进行粉碎、筛选，得到粒度均匀的样品，然后在 105℃下干燥至恒重。

（二）热解过程将预处理后的生物质样品放入热解炉中，在氮气氛围下以一定的升温速率加热至设定温度，并保持一定时间进行热解反应。

热解产物经过冷却、收集，得到生物质炭。

（三）活化处理将生物质炭与活化剂（如氯化锌、磷酸等）按照一定比例混合，在一定温度下进行活化处理，以增加活性炭的孔隙结构和比表面积。

（四）性能测试1、比表面积和孔隙结构分析：采用氮气吸附法，使用比表面积及孔径分析仪测定活性炭的比表面积、孔径分布等参数。

2、吸附性能测试：选择亚甲基蓝作为吸附质，通过吸附实验装置测定活性炭对亚甲基蓝的吸附量和吸附速率。

五、实验结果与分析（一）比表面积和孔隙结构不同生物质原料制备的活性炭比表面积和孔隙结构存在差异。

其中，以玉米秸秆为原料制备的活性炭比表面积较大，孔隙结构较为发达。

活化剂的种类和用量对活性炭的孔隙结构也有显著影响。

适量增加活化剂的用量可以提高活性炭的比表面积和孔隙体积，但过量使用可能导致孔隙过度扩张，降低活性炭的机械强度。

稻壳灰制备白炭黑稻壳是大米加工的主要副产物，约占稻谷重量的20%，目前全世界年产稻壳60Mt以上。

稻壳灰作为稻壳燃烧后的产物，如果不加以利用，不但造成浪费，而且还污染环境；稻壳灰中主要成分为二氧化硅，约占60%，其他矿物杂质很少，尤其是放射性元素U和Th的含量特别低，是白炭黑理想原料。

白炭黑是一种重要的化工原料，由于其具有补强性、分散性等多种性能，因此被广泛的应用于制鞋、橡胶、塑料、乳胶、涂料、农药、消防、电镀、牙膏、造纸、树脂、化妆品、医药及食品等领域。

因此，对稻壳灰的研究有重大意义，不仅解决了大量农业废弃物的污染问题，同时也充分利用了资源，变废为宝，为社会创造更多的财富。

国内外关于由稻壳以及稻壳灰制备白炭黑的研究报道也较多，大致分为气相法和沉淀法两类，但气相法由于设备要求高，成本高而限制了其应用范围，故现在关于白炭黑的工业化生产的可行性研究大多采用传统的沉淀法。

本文主要研究用碳酸钠法制备白炭黑，用碳酸钠水溶液蒸煮稻壳灰，趁热过滤后，低温冷却滤液，析出沉淀白炭黑，并研究碳酸钠浓度、反应时间、反应温度等因素对产品得率和性能的影响。

1 实验材料与方法1.1 实验仪器与试剂试验原料：稻壳炭由安徽鑫泉米业有限公司提供；试验药品：Na2CO3、HC1；所有试剂均为分析纯；试验仪器：日本电子株式会社JSM 7600F扫描电子显微镜，南京大学仪器厂OTL1200型高温管式炉，上海精科公司722N型可见光分光光度计，上海昕瑞公司WSB一3白度计等。

1.2 原料分析与实验方法1.2.1 原料分析稻壳灰成分分析方法完全按照GB／T28731—2012固体生物质燃料工业分析方法，分别测定稻壳炭水分、灰分和挥发分的含量，数据列于表l。

稻壳灰组成水分/% 碳含量/% 二氧化硅含量/% 其他/%2.36 38.47 58.07 1.10由表可知，稻壳灰中主要为碳和二氧化硅，因此作为制备白炭黑的原料是比较理想的，产生的炭渣可制备活性炭。

生物炭材料的制备及其应用效果研究徐力刚;何跃;祁琳琳【摘要】研究以小麦秸秆、水稻秸秆和油茶果壳为原料，采用水蒸气活化和磷酸再活化的工艺，制备出性能优良的生物炭样品，分析麦秆、稻秆和油茶果壳生物炭样品的性能以及制备条件对生物炭性能的影响。

研究结果显示，试验制备得到的麦秆生物炭，其亚甲基蓝吸附值为225 mg/g，碘吸附值为838 mg/g，焦糖为120%，比表面积为1279 m2/g，孔容为1.36 m3/g，中孔率为76.6%，而稻秆生物炭的炭亚甲基蓝吸附值为215 mg/g，碘吸附值为815 mg/g，焦糖>100%，比表面积为967 m2/g，孔容为1.23 cm3/g，中孔率为84.6%，2种原料制备的生物炭与市售生物炭的性能指标相近；油茶果壳生物炭对亚甲基兰和碘的最大吸附值分别为330 mg/g和1326 mg/g。

本研究制备的油茶果壳生物炭的主要质量指标均达到或超过了净水用活性炭国家标准。

本研究表明，小麦秸秆、水稻秸秆和油茶果壳可以作为制备优质生物炭的原料。

%Biochar is a kind of carbonaceous solid material,which is Produced from biomass during Pyrolysis under limited or no oxygen condition. In order to exPlore the characteristics ofthe biochars, three tyPes of biochars were PrePared from wheatstraw,Paddy straw and nutshell of camellia oleifera resPectively. For biochars made from wheat straws,the adsorPtion of methylene blue and iodine was 225 mg/g and 838 mg/g,resPectively. For biochars made from Paddy straws,however,the adsorPtion of methylene blue and iodine was 215 mg/g and 815 mg/g,resPectively. For biochars made from nut-shell of camellia oleifera,the maximum adsorPtion value of methylene blue and iodine are 330 mg/g and 1 326 mg/g,resPectively. Little differencebetween the two biochars was found,and the main&nbsp;quality indicators of the biochar from nutshell of camellia oleifera meet or exceed the national stand-ards of activated carbon in the asPect of water Purification. The three materials could be concluded that both wheat and Paddy straw can be used as the raw materials for PreParation of biochars.【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P873-879)【关键词】油茶果壳;生物炭;麦秆;稻秆;吸附性能【作者】徐力刚;何跃;祁琳琳【作者单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所，中国科学院流域地理学重点实验室，210008，南京; 江西省科学院鄱阳湖研究中心，330096，南昌;环境保护部南京环境科学研究所，210042，南京; 南京君源环保工程有限公司，210016，南京;南京君源环保工程有限公司，210016，南京【正文语种】中文【中图分类】X712全球气候变暖和近年来频繁的极端气候事件已经影响到了人类的社会生产与消费、生活方式以及生存空间[1-2]。

钢铁厂使用稻壳炭的原因
稻壳炭是一种由稻壳经过炭化处理得到的炭质材料。

在钢铁厂中，使用稻壳炭有以下几个原因。

稻壳炭是一种环保的能源替代品。

相比传统的煤炭，稻壳炭的燃烧过程中产生的二氧化碳和其他有害气体排放量较低，减少了对大气环境的污染。

稻壳炭的使用可以降低钢铁厂的碳排放量，符合环保要求，有助于改善大气质量。

稻壳炭具有高热值和良好的燃烧特性。

稻壳炭的热值较高，能够提供足够的热能供应给钢铁生产过程中的高温反应。

同时，稻壳炭的燃烧速度适中，燃烧过程稳定，可以保证钢铁生产过程中的温度控制和能源稳定供应。

稻壳炭的使用还能有效地解决稻壳的综合利用问题。

稻壳是农作物的副产品，以往常常被直接焚烧或废弃，造成资源浪费和环境污染。

而稻壳炭的制备和使用可以将稻壳转化为有用的能源，实现资源的再利用和循环利用，减少农业废弃物对环境的负面影响。

稻壳炭的价格相对较低，使用成本相对较低。

相比其他替代能源，如天然气或生物质燃料，稻壳炭的生产成本较低，能够降低钢铁厂的能源采购成本，提高生产效益。

钢铁厂使用稻壳炭的原因主要包括环保、高热值和良好的燃烧特性、
资源综合利用和低成本等方面。

稻壳炭的使用不仅有助于减少碳排放、改善大气环境，还能提高钢铁生产过程的能源效率和经济效益。

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。