（四川大学，四川 成都 610207）
摘要：在生物质的热化学分解过程中产生的生物炭不仅减少了排放到大气中的碳量，而且还是活性炭和其他碳材料的环境友好替代品。 在本文中，从生产方法和吸附应用的角度讨论了生物炭的研究。比较了生物炭生产的不同方法，例如热解，气化，热水碳化等。讨论了生物炭在吸附领域用于处理水污染物的研究现状。
关键词：生物炭；活性生物炭；应用；吸附
1.引言
生物炭是生物质热化学分解过程中形成的固体物质，被定义为从生物质碳化中获得的固体物质。由于生物炭价格低廉，环境友好，可用于各种用途，如土壤修复，废物管理，温室气体减排和能源生产，已经开展了一些研究来开发生物质的新应用[1]。虽然生物炭的主要成分是碳（C），但它也含有氢（H），氧（O），灰分和微量的氮（N）和硫（S）[2]。生物炭的元素组成根据生物炭的生成原料和碳化过程的特征而变化[3]。由于其比表面积大，多孔结构，表面官能团和高矿物质含量，生物炭已被用作水和空气污染物的吸附剂，一种去除焦油或生产生物柴油的催化剂，并作为土壤修复。最近，还报道了生物炭在燃料电池和超级电容器中的应用。本文主要讲生物炭在水处理工程中的运用。
2.生物炭的制备
2.1热解
热解是在300-900℃的温度范围内在无氧条件下热分解有机材料的过程[4]。热解产物的产率取决于原始生物质材料的特性和适应的热解过程。影响热解过程产物的参数包括反应温度，加热速率和停留时间。一般来说，生物炭产量下降，合成气产量随着热解温度的升高而增加。穆罕默德[5]等人报道，生物炭和酸性官能团的产率随着热解温度的升高而降低，而碱性官能团，灰分，pH和稳定性碳的产率增加。随着热解温度的升高，pH值的增加归因于有机官能团的减少，例如-COOH和-OH。据报道，生物油产量在大约500°C时最高，因为裂解发生在更高的温度。
2.2水热碳化
将与水混合的生物质置于封闭的反应器中，并在一定时间后升高温度以稳定。水的压力也升高，以保持液态高于100℃。由HTC工艺生产的焦炭具有比干法生产的焦炭更高的C含量，据报道，反应温度，压力，停留时间和水-生物质比是决定产品特性的主要参数[6]。
3.生物炭吸附剂在水处理中的应用
生物炭的吸附特性取决于用于生产炭的原料。徐[7]等人从4种不同的生物质材料中生成生物炭并将其应用于甲基紫的吸附。炭的甲基紫吸附能力依次为油菜秸秆炭，花生秸秆炭，大豆秸秆炭和稻壳炭。他们认为生物炭的吸附特性受其含有的负电荷量的影响。徐等人在相同条件下从稻壳和乳粪中生产生物炭，并用它们吸附水中的Pb，Cu，Zn和Cd。生物炭的吸附能力强烈依赖于用于生产生物炭的生物质材料，因为生物炭中的矿物组分（例如CO32 +和PO42 +）的量根据原始生物质材料而变化。
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生物炭的吸附能力还取决于生产生物炭的工艺条件。热解温度的升高导致生物炭的碳含量，比表面积和孔隙率的增加以及炭表面上的氧官能团的数量的减少。孙[8]等人通过在200~600℃下热解草和木材生产生物炭并将其应用于氟哌啶酮和诺氟腙的吸附。在他们的实验中，生物炭的吸附容量随着热解温度在400℃以下的增加而增加;热解温度进一步升高到400℃以上，而吸附能力却降低了。这归因于吸附污染物的极性;极性化合物，吸附在吸附物质之间的H键或生物炭的O-基团上，而非极性化合物，吸附在生物炭表面的疏水部位。
重金属是重要的有毒水污染物，对人类，动物和植物的代谢产生不利影响。一系列生物炭已应用于去除重金属。Kim[9]等人在300-600°C的温度范围内以100°C的间隔从巨型芒草的缓慢热解产生生物炭。他们报道，较高的热解温度导致生物炭中较高的芳香结构和较少量的极性官能团。特别是，当热解温度高于500℃时，生物炭的pH和比表面积显着增加，Cd吸附容量也增加。基于所获得的结果，作者提出去除Cd水溶液的主要机制是由于大的比表面积和由于高pH引起的沉淀而吸附。
4.结语
目前国际、国内生物炭研究还处于起步阶段，研究使用的生物炭五花八门，有采用严格控氧技术生产的、有采用不控氧技术生产的，研究结果不具有可比性，必须开展生物炭标准研究，生物质多种多样，不同生物质制成的生物炭性质有很大差异，但又不可能研究每一种生炭的生物和环境效应，因此必须研究生物炭性质与其生物环境效应关系。
参考文献
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作者简介：魏欣星（1994.04-），女，四川省德阳人，四川省成都市武侯区四川大学，环境工程专业，研究生。
论文作者:魏欣星
论文发表刊物:《知识-力量》2019年5月上
论文发表时间:2019/3/5
标签：生物论文; 温度论文; 官能团论文; 等人论文; 表面积论文; 极性论文; 材料论文; 《知识-力量》2019年5月上论文;