生物炭吸附重金属污染物的研究进展 - 中国水利水电科学研究院学报.pdf

第14卷 第1期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.14 No.1 2016年2月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research February，2016 文章编号：1672-3031（2016）01-0007-09 生物炭吸附重金属污染物的研究进展 徐东昱，周怀东，高 博 （中国水利水电科学研究院 水环境研究所，北京 100038） 摘要：生物炭作为新型吸附剂，其物理化学特性以及其对环境中的重金属污染物的吸附固定被广泛研究。本文主 要对生物炭的表征、特性以及其对重金属污染物的吸附固定的机理研究进展进行综述，并扼要对生物炭的研究方 向进行了展望，为未来生物炭的应用提供一定的思路。通过文献总结，我们发现重金属在生物炭上的吸附机理的 研究仍然存在矛盾之处；生物炭本身重金属毒性的释放研究是未来生物炭还田应用的研究方向；利用化学手段对 生物炭进行化学修饰，以提高其吸附的有效性和针对性是在节能环保的前提下，未来生物炭发展的新方向。 关键词：生物炭；重金属；吸附；土壤；水 中图分类号：X52 文献标识码：A doi ：10.13244/ki.jiwhr.2016.01.002 1 研究背景 生物炭（Biochar）最早被人们熟悉和利用起源于亚马逊地区的古代印第安人对于制陶术和木炭 技术的应用。他们将田间的有机物质残体燃烧制得的产物施用于土壤中，以提高土壤的肥力和持 ［1］ 水力 。由于生物炭对于土壤肥力等方面的影响，使越来越多的研究学者将生物炭视为土壤改良剂 关注生物炭的环境应用。近几年，科研人员在关注生物炭作为土壤修复剂提高土壤肥力和土壤稳定 性的同时，还把研究的方向转向其对土壤和水体污染物的修复方面，作为新型吸附剂，吸附固定土 壤或者水体中的重金属污染物成为研究学者们广泛研究的方向。 生物炭的定义较多，较为普遍的定义为：生物质材料（例如木头、粪便或者叶片）在密闭空间或 ［1］ 者缺氧条件下，经过相对较低的温度（小于700 ℃）热解产生的一种含碳丰富的产物 。它是环境黑炭 ［2］ （blackcarbon）的一种，普遍存在于土壤和沉积物等环境介质中 。国际生物碳联盟（InternationalBio⁃ charInitiative，IBI）对于生物炭给出了标准化的定义：生物质在缺氧环境下通过热化学转化而得到的 一种固体材料。 2 生物炭的特性 2.1 生物炭的物理化学特性 碳（20% ～90 %）、挥发性物质（0～40 %）、矿物质（灰分：0.5% ～ ［1］ 65 %）和水分（1%～15%）是生物炭的主要组分 。由于制备生物炭的条件（热解温度和生物质材料） 不同，生物炭的pH值、比表面积、挥发性有机物、灰分含量等物理化学性质存在很大差异。这些理 化性质的差异影响了生物炭对污染物的去除和修复的效果。将近年来较有代表性的不同原材料和热 解温度下制得生物炭的理化性质的文献总结如下表1。 由表1可知，低温制得的生物炭的比表面积、灰分含量均低于高温制得的生物炭；粪便类制得的 收稿日期：2015-05-11 基金项目：水利部公益性行业科研专项（201501019）；中国博士后科学基金项目（2015M571072） 作者简介：徐东昱（1984-），女，吉林吉林人，博士后，主要从事重金属污染物的生态水利修复研究。 E-mail：54xudongyu@163.com 通讯作者：周怀东（1957-），男，湖南澧县人，教授级高级工程师，主要从事污染物的生态水利修复、水环境和水资源保护等方面 的研究。E-mail：hdzhou@ — 7 — 生