生物炭去除土壤中重金屬的方法研究概述

胡思雨 于天宇 李佳亮

（沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，廢棄物不合理的排放導(dǎo)致我國(guó)土壤重金屬污染問(wèn)題日益顯著。但是，我國(guó)對(duì)重金屬污染的修復(fù)工作才剛剛開(kāi)始，目前完成了不到3%。而且目前重金屬污染的修復(fù)方法還不成熟，對(duì)土壤中重金屬的修復(fù)主要采用物理方式，即通過(guò)加熱將可揮發(fā)重金屬?gòu)耐寥乐忻撾x或應(yīng)用固化劑將重金屬固持在土壤中，這種方式雖然能夠有效降低土壤中重金屬含量，但是高溫破壞了土壤的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。針對(duì)我國(guó)土壤重金屬污染面積廣且污染濃度不高的現(xiàn)狀而言，不適用上述方法。而是需要一種能夠穩(wěn)定持續(xù)處理且對(duì)土壤影響較小的治理方式，生物炭吸附就是一種比較好的方式。

1 生物炭吸附概述

生物炭是一種由生物質(zhì)如花生殼、玉米秸稈等在高溫下厭氧裂解產(chǎn)生的物質(zhì)，目前對(duì)生物炭的研究主要集中于其廣闊的比表面積和孔隙能夠增強(qiáng)土壤的緩沖性能，生物炭的pH值一般在8以上，不僅能夠調(diào)節(jié)酸性土壤的土壤環(huán)境，生物炭還能夠改善土壤的生物群落組成和豐度等，生物炭添加后通過(guò)影響土壤的結(jié)構(gòu)組成和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，間接提高作物產(chǎn)量。

2 生物炭吸附重金屬存在的問(wèn)題

目前，通過(guò)生物炭吸附重金屬的效果不佳，主要研究的是通過(guò)生物炭孔隙的靜電作用吸附重金屬離子，在電鏡下觀察后可知靜電作吸附的重金屬離子是有限的，重金屬離子并沒(méi)有完全“填滿”生物炭的孔隙，而且通過(guò)反復(fù)洗脫后，重金屬離子洗脫量較大，故實(shí)際上生物炭與土壤混合后，被吸附的重金屬離子可能隨著土壤和周?chē)h(huán)境的變化，重新脫離生物炭的“束縛”，再次回到土壤中。

有學(xué)者指出，生物質(zhì)裂解過(guò)程中產(chǎn)生的大量化學(xué)官能團(tuán)，能夠與重金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用，這種絡(luò)合作用發(fā)生之后重金屬離子與官能團(tuán)形成相對(duì)穩(wěn)定的絡(luò)合物沉淀［1］，增強(qiáng)生物炭對(duì)重金屬離子的吸附能力，有效降低其生物有效性。但是，隨著生物炭裂解溫度的升高，生物質(zhì)裂解程度增加，化學(xué)鍵斷裂，通過(guò)傅里葉光譜可看出，裂解溫度過(guò)高（＞800℃），生物炭中官能團(tuán)數(shù)量將會(huì)消失。

3 生物炭吸附重金屬改性研究

有研究表明，通過(guò)改性的方式能夠增加生物炭中官能團(tuán)的數(shù)量。王向前等［1］發(fā)現(xiàn)使用化學(xué)試劑對(duì)生物炭進(jìn)行改性處理能夠增加其對(duì)水溶液中重金屬離子的吸附容量。Regmi P等［2］通過(guò)電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改性的仙人掌生物炭比普通生物炭的碳骨架更加明顯，孔隙結(jié)構(gòu)更加豐富，對(duì)重金屬的吸附能力在5倍以上。Xue Y等［3］通過(guò)水熱法制備的普通生物炭與添加過(guò)氧化氫的改性生物炭進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，改性生物炭對(duì)Pb2+的吸附量是普通生物炭的25倍。鄧瀟等［4］研究表明，單位時(shí)間內(nèi)改性的玉米秸稈對(duì)Cd2+的吸附量是未改性生物炭的3.5倍；而改性花生殼生物炭的吸附量是未改性生物炭的2.5倍，而且改性生物炭的吸附平衡時(shí)間是未改性生物炭1/3。以上研究表明，改性生物炭在去除重金屬污染上有較大的應(yīng)用空間，在改性過(guò)程中可以增強(qiáng)生物炭的骨架結(jié)構(gòu)和吸附能力。

而且通過(guò)特定改性方法能夠修飾原來(lái)生物炭的結(jié)構(gòu)，張?jiān)降龋?］研究表明通過(guò)硝酸改性后的生物炭的比表面積是原來(lái)的1.98倍，總孔容積是原來(lái)的1.50倍，微孔容積是原來(lái)的1.91倍。這種孔徑和孔容積的增加不僅能增加生物炭吸附重金屬的能力，而且能夠增強(qiáng)生物炭添加后土壤的緩沖性能［6］。

4 展望

①生物炭的利用不僅能夠降低玉米秸稈等生物質(zhì)由于廢棄燃燒等帶來(lái)的環(huán)境污染，而且施用生物炭能夠豐富土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素、改善土壤環(huán)境；②生物炭添加到土壤后能通過(guò)其特有的孔隙結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)與重金屬離子的絡(luò)合作用降低重金屬離子的生物有效性，緩解土壤重金屬污染的程度；③任何污染的治理都不是一種方法就能解決的，土壤環(huán)境復(fù)雜多變，需要因地制宜合理規(guī)劃，采用多種治理方式結(jié)合的手段解決我國(guó)土壤重金屬污染問(wèn)題。