生物炭吸附去除水中重金属的研究进展

近年来,水环境中重金属污染问题日益严重,生物炭材料被广泛应用于环境污染修复。但是原始生物炭材料对污染物的吸附性能欠佳,衍生出众多对其吸附性能提升的研究。到目前为止,有关生物炭材料制备和改性的进展总结欠全面,关于生物炭材料吸附水中重金属离子反应机理的整理也不够深入。基于生物炭材料在水环境中重金属离子吸附领域的研究现状,对生物炭材料的制备方式、改性方法和主要影响因素进行了综述,并梳理了生物炭对水中重金属离子的吸附机制研究进展。最后提出了生物炭材料在应用中可能存在的问题和发展方向。以期为生物炭材料在受重金属离子污染水体的修复应用提供理论和技术支撑,为实际的环境污染修复提供新的思路。     

改性生物炭对土壤重金属污染修复研究进展

土壤中金属污染导致食用林产品、农产品中重金属高富集，严重威胁人类健康。生物炭作为简单易得，来源广泛的吸附材料，可用于土壤重金属污染物修复。本文主要综述了生物炭的制备、改性剂的选择与功能、改性方法及改性生物炭的特性。介绍了改性生物炭的表征手段如傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和比表面积和孔径分析仪在生物炭改性过程中的作用及分析方法。客观分析了改性生物炭的制备方式及对土壤重金属污染修复的机制及效果，并讨论生物炭及改性生物炭对重金属常见的吸附机理以及表面吸附、静电作用、离子交换和共沉淀的特征和条件。大量的研究结果表明，生物炭对降低土壤中重金属的有效态含量具有显著效果，且经过酸碱、氧化还原、吸附剂复合等方式改性后吸附性能更加高效和稳定。生物炭改性是为了提高生物炭的安全性、高效性、重复使用性和环境友好性，同时加强生物炭的重金属修复性能。因此，功能型生物炭的研制及拓展改性生物炭的应用是生物炭改性的进一步深入研究方向。     

一种改性生物炭材料的制备及其在土壤污染降解中的应用

针对传统重金属吸附剂生物炭存在吸附能力差的问题，通过羟基磷灰石改性生物炭，并将其用于土壤中重金属离子的去除。实验以美国标准毒性浸出方法 TCLP为评价指标，验证改性生物炭对土壤中重金属的净化效果。实验结果表明，改性生物炭材料投加量为8%时，处理的重金属污染土壤符合GB 5085.3-2007标准要求，稳定90d后，pH值仍旧满足适宜土壤微生物生存的6.5～9.5酸碱度要求，表现出良好的降解性能。     

生物炭净化废水中重金属机理

生物质热解转化为生物炭用以去除废水中的重金属,可以同时起到固废资源化和废水处理的双重环境效益。文中阐述了生物炭净化废水中常见重金属(铅、镉、锌、铜、铬以及砷)的主要机制。生物炭可以通过离子交换、表面吸附、官能团络合以及形成沉淀等多种机制去除重金属,并对铅、镉、锌、铜以及铬都表现出一定的去除效果,而对重金属砷则去除效果较差,需通过改性处理提高对砷的作用。因此,文中同时介绍并总结了常见复合生物炭的设计原理,及其对重金属去除的强化效果。包括:(1)铁复合生物炭固定砷;(2)还原性铁复合生物炭还原稳定铬;(3)纳米颗粒复合生物炭吸附固定铅、镉、铜。生物炭以及复合生物炭用以去除废水重金属具有很好的效果与应用前景。最后,文中提出了生物炭净化废水在实际应用中面临的问题,未来的研究可以聚焦生物炭的标准化制备工艺,以及复合生物炭对重金属去除的实际应用。     

生物炭对废水中铜离子吸附的研究进展：改性方法与吸附机制

废水中的重金属铜离子(Cu(Ⅱ))会污染水体生态环境，并会通过食物链对人体健康造成潜在危害。生物炭可作为废水中Cu(Ⅱ)去除的有效吸附剂。然而，原状生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附量有限，需要对生物炭进行定向改性以提升其去除效果。以废水中的Cu(Ⅱ)为对象，重点论述生物炭的改性方法和吸附机制。结果表明，生物炭的主要改性方法包括化学改性(酸、碱、高分子聚合物改性)、物理改性(球磨和气体活化)、金属改性(铁、锰改性)、矿物质改性和高分子聚合物改性等。改性方法对Cu(Ⅱ)去除效果的次序是：纳米羟基磷灰石改性>含氨基有机酸改性>锰改性>铁改性>碱改性。生物炭吸附Cu(Ⅱ)的主要机制包括孔隙扩散、静电作用、沉淀作用、配位作用、阳离子-π机制、离子交换和还原作用，具体的主导机制取决于生物炭的物化性质和溶液的性质。将来的研究方向包括：采取更为有效的改性方法提高对废水中痕量Cu(Ⅱ)的去除效果；利用先进的仪器和模型计算揭示微观机制；开展动态吸附柱或固定床试验。     

改性生物炭固定土壤中重金属机理的研究进展

固定化是一种降低土壤重金属毒性的有效方法,改性生物炭固定重金属的能力已取得了显著成果,其在土壤修复中得到广泛关注。但改性生物炭在污染土壤中固定重金属的综合机理需进一步探究,因此运用CiteSpace数据分析软件,以氧阴离子型重金属As和阳离子型重金属Cd为例对改性生物炭固定土壤中重金属的机理进行分析,综述了其氧化还原、表面共沉淀、络合、离子交换及静电吸引的作用机制。对改性生物炭增强固定土壤重金属不同机理的原因和方法进行总结,对其处理土壤重金属污染的前景进行了展望,为改性生物炭治理土壤重金属污染的应用提供参考。     

球磨改性生物炭在环境修复中的应用进展

利用球磨机械力化学技术制备的改性生物炭具有成本低、产能高、绿色无溶剂等优点,近年来受到研究人员的广泛关注.球磨改性增加生物炭表面官能团、扩大其比表面积以及提高吸附容量,使球磨改性生物炭对环境污染物具有优异的去除性能,在环境修复领域应用前景广阔.介绍了球磨改性生物炭的制备与理化性质,总结了球磨改性生物炭在环境修复中对污染物质去除的最新进展,同时明确其对各类污染物的去除机制.在此基础上,探讨球磨改性生物炭在环境修复中目前存在的问题与限制因素,从明确技术和经济可行性、扩展材料应用范围以及厘清潜在生态环境风险等方面提出未来研究方向.     

生物炭材料的制备与改性及其在土壤修复中的应用

综述了生物炭的制备和改性方法,并分析了不同工艺对生物炭理化性质的影响,加深了对生物炭的认识。作为吸附材料,综述了土壤中重金属和有机物的去除以及生物炭的主要作用机理。总结了作为土壤改良剂的生物炭改善土壤pH、养分、氮、磷流失的趋势以及今后的应用趋势。同时,分析了生物炭的潜在风险,以有效避免对环境的可能危害。     

改性生物炭对Pb2+和Cd2+吸附性能及机理研究

分别通过磷酸、氢氧化钾、铁及微波对小麦秸秆生物炭进行改性,探究改性生物炭投加量、溶液初始pH及重金属离子浓度对重金属Pb²⁺及Cd²⁺的吸附影响及改性生物炭对重金属的吸附机理。结果表明,磷酸及氢氧化钾改性使生物炭表面坍塌且孔隙结构连通,铁改性使比表面积降低,微波改性使生物炭产生少量孔隙。磷酸改性促进—OH及■的生成,氢氧化钾及铁改性促进—OH的生成,微波改性对生物炭基团的影响较小。改性方法的优异性依次为磷酸改性、铁改性、氢氧化钾改性及微波改性,改性生物炭添加量的增加能够增强对于重金属的吸附,溶液pH为弱碱性时对于Pb²⁺的吸附效果最佳,Cd²⁺的吸附效果随着溶液pH增加而增大,Langmuir等温吸附方程能较好反映改性生物炭对于Pb²⁺及Cd²⁺的吸附。     

改性腐植酸基复合材料钝化土壤重金属的应用研究

为降低自然界中重金属离子的生物利用度、迁移率和毒性,研制了一种以生物炭粉和腐植酸钠为原材料,用乙酸进行表面改性的腐殖酸基修复材料。以有机酸对腐殖酸钠进行表面改性,并将生物炭负载于腐殖酸表面,增加其表面重金属络合吸附位点,提高对污染土壤中有毒金属离子的吸附和络合能力,显著降低金属的迁移率。在Pb、Hg、Cr、Cd污染的土壤中,对比研究单纯生物炭粉和改性腐殖酸基复合材料不同添加量下,对土壤重金属的有效态影响。通过与单纯生物炭粉修复材料对比,改性腐殖酸基复合材料降低土壤中重金属有效态含量更多,修复效果更为显著,表现出更强的吸附重金属能力。利用扫描电镜实验探究改性腐殖酸基复合材料对重金属的吸附机理并进行探讨。改性腐殖酸基复合材料是新型环境友好和稳定高效的重金属污染土壤修复材料,充分响应国家节能环保绿色理念,减少对生态环境和人类健康的风险,为治理重金属污染土壤的深入探究提供了重要的解决方法。     

纳米零价铁修复土壤重金属污染研究进展

关于nZVI修复环境污染在工业废水、地下水等水处理领域的研究较多,对其修复土壤重金属污染的研究报道较少。梳理了nZVI常用的制备与改性方法以及不同方法制备nZVI的优缺点;阐述了nZVI与污染物的作用机理主要为还原、吸附和共沉淀;总结了近年来国内外关于nZVI在土壤重金属污染修复中的研究报道,发现nZVI对土壤中铅、镉、汞、砷都有很好的去除效果,但可能会一定程度上改变土壤本底菌群结构和微生物多样性。强调了生物炭负载的纳米铁改性基碳材料是一种修复效果显著、环境友好,具有良好应用前景的材料;指出了纳米铁基材料在土壤重金属修复中存在的不足,并对其在土壤重金属修复领域中应用研究进行了展望,以期为该领域的应用推广提供思路。     

生物炭在铀污染土壤修复中的应用研究进展

作为一种吸附固定材料,生物炭在土壤修复中所具有的良好应用前景使其成为环境等领域的关注热点。本文总结了生物炭的性质与制备方法,生物炭作为土壤改良剂在土壤固定修复中的应用情况,并从热解温度、生物质选取和改性方式等方面分析了生物炭对土壤中铀和伴生重金属的吸附影响,从配位作用、化学还原、离子交换、静电作用和物理吸附作用阐明了生物炭对土壤中铀的吸附作用机制。针对生物炭作为土壤改良剂所存在的局限性,建议今后应从生物炭吸附持久性、选择性和毒理性等方面加大研究力度。     

生物炭负载纳米零价铁对水体典型污染物去除效果的研究进展

生物炭负载纳米零价铁(n ZVI@BC)作为一种绿色环保的新型纳米零价铁改性材料,因其对水体污染物具有良好的修复效果而被广泛应用。本文总结了近年来生物炭负载纳米零价铁在水体环境中的应用研究进展,综述了其制备过程和吸附机理,重点阐述了生物炭负载纳米零价铁对水体中的重金属污染、有机污染以及氮、磷污染的修复效果,并对该领域今后的研究前景进行了展望。     

改性生物炭对废水中重金属的吸附

简述了生物炭的制备条件,讨论了生物炭的主要改性方法(化学法、添加改性剂法及改变外界条件),分析了各改性方法的主要优点,总结了改性生物炭对废水中重金属的吸附效果。实验结果表明,改性生物炭对废水中重金属吸附效果较好,重金属的最大去除率可达99.81%。另外,探讨了改性生物炭的吸附机理、影响因素和吸附等温式,并提出了未来生物炭吸附废水中重金属需要研究的方向以及改性生物炭的应用前景。     

生物质热解制备多孔吸附材料的研究进展

综述了生物质热解制备生物炭过程中前驱体的选择、原料粒径、热解方式、热解温度、升温速率、停留时间和热解压力等工艺参数对其物化性能的影响,通过采用各种改性方法来改变生物炭的表面结构、官能团及元素种类数量和形态结构来提高其结构的稳定性、吸附的高效性以及可重复利用性,以期用生物炭来解决废水环境中各类污染物的污染问题。分析了生物炭在制备过程中仍然存在的问题和不足,目前作为吸附材料在应对污水处理、土壤修复和气体净化等方向的吸附性能需要改进和提高,也对未来的制备过程的优化、改性方法的合理选取、使用过程中各种因素的交互影响、成本估算以及可循环利用等研究方向提供科学依据和理论基础。     

生物炭对土壤中重金属作用及影响研究进展

针对土壤重金属污染问题已有许多修复措施,生物炭由于其特殊的结构、良好的经济效益成为了近年来土壤修复领域的研究热点。生物炭作用于土壤重金属的相关机理复杂,且施入土壤会对重金属的环境行为产生影响。简述了目前生物炭在环境保护领域中的相关应用,在如离子交换、表面络合、沉淀作用以及阳离子-π作用等基础上分析了生物炭作用于重金属的机理,并介绍了生物炭对于土壤中重金属迁移性和生物有效性的影响。对生物炭今后的研究工作作出展望。     

几种炭改良剂对复合污染土壤铜的调控

炭材料是一种具有巨大比表面积和发达的多孔结构的吸附性物质,可广泛应用于重金属污染土壤的修复。本文以活性炭、低磷和0.05MKMn O4改性活性炭和药渣生物炭为供试材料,探讨其对Cu、Cd复合污染土壤中的Cu的钝化效果。结果表明,供试材料均能吸附复合污染土壤中的Cu,其中50g/kg的KMn O4改性活性炭对Cu的吸附效果最佳,且药渣生物炭的吸附效率与原活性炭相差不大,值得作为替代材料推广运用。     

生物炭吸附重金属离子的研究进展

生物炭在过去的十几年里受到了广泛关注,由于其低成本、环境友好、可再生等优点,在环境管理方面具有良好的应用前景。本文介绍了生物炭的概念、应用和性质,重点综述了生物炭吸附重金属离子的研究进展,并探讨了目前面临的挑战和应用前景。生物炭是在缺氧或无氧条件下热化学转化生物质得到多孔富碳材料,主要用于土壤改良,可以提高作物产量、实现碳封存以及减少温室气体排放,并且在催化、能源和水处理等方面具有潜在的应用。生物炭制备方法包括热解、气化、水热炭化等,生物炭的性质受生物质原料、制备工艺和技术参数影响。重点介绍了生物炭吸附重金属离子的相关研究,包括生物炭吸附重金属离子的影响因素、吸附机理和改性生物炭的制备。通过吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学和表征技术可以揭示表面络合、静电引力、表面沉淀和离子交换等吸附机理。生物炭吸附重金属离子的最新研究主要致力于通过改性提高生物炭的吸附性能,改性方法主要包括物理化学活化以及复合金属氧化物或化合物、功能有机物、纳米粒子等。生物炭吸附重金属离子面临一些问题和挑战,距离实际废水处理应用还有一定差距。     

生物炭固定重金属的挑战及潜在负面效应研究

生物炭因其优越的吸附能力、原料广泛和制备工艺简单等特点在重金属污染土壤修复领域具有广泛的研究。然而，生物炭对重金属的固定化效果受到原料类型、制备工艺和其他外在条件的影响。此外，生物炭中含有的重金属存在着对土壤生态系统、环境安全和农业生产造成潜在危害的风险。这些挑战和风险严重阻碍了生物炭的实际应用进程。因此，本综述详细梳理了当前生物炭在固定土壤重金属领域所面临的问题和挑战，深入探索造成生物炭应用局限性的作用机制，从而为未来的生物炭研究方向提供建议，以期促进生物炭的高效生产和安全应用。     

磁性生物炭复合材料修复重金属污染土壤机理及室内试验研究

以唐山滨海地区土壤为研究对象,以生物炭为修复材料,对其进行表面氧化改性,并与中酸性助剂、粘土矿物进行高温合成,得到一种磁性生物炭复合材料。对污染土采用土壤淋洗的方式进行修复,在实验室中根据不同的控制条件,优选出对土壤重金属含量修复率最高的淋洗工艺条件。最终,液土比为8:1、转速160rpm、淋洗搅拌时间15min为最佳工艺条件。本研究制备的新型磁性生物炭复合材料对污染土壤中的重金属有害成份实现了磁性吸附、鳌合,土壤中重金属汞含量平均能降低38%、镉含量平均降低45%、铬含量平均降低10%、铅含量平均降低26%,将重金属转化为矿物类形态,生态环保,具有对土壤重金属离子稳定效果长久、适用范围广、制备简单和成本低等优点,能够达到修复重金属污染土壤的目的。