生物炭復(fù)合材料改性及對水中污染物吸附的應(yīng)用進(jìn)展

張 宏

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅天水 41025）

生物炭是指在缺氧或無氧的狀況下，經(jīng)過高溫?zé)峤獾淖饔?，使用廢棄物等得到的一種芬香化的混合物質(zhì)。廢棄物經(jīng)過回收，加工，再利用，改變其性能，實(shí)現(xiàn)新的技術(shù)應(yīng)用。廢棄物如果不及時(shí)處理，會(huì)污染周邊環(huán)境。采用廢棄物加工生物化作用，以廢棄物的環(huán)保制作為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)生物炭的環(huán)保加工，可以有效的避免對環(huán)境的二次污染。生物炭是多孔類的結(jié)構(gòu)，比表面積大，其表面含多羥基，具有良好的吸附作用。生物炭可以有效地吸附環(huán)境中的各類污染物質(zhì)，提升廢物的再環(huán)保利用。生物炭復(fù)合材料是一種環(huán)保的、多用途的、經(jīng)濟(jì)的新型材料。

1 生物炭的改性基礎(chǔ)方法

1.1 紫外線輻射改性方法

紫外線改性操作具有高效性的作用，對于周圍的環(huán)境較好，通過紫外線輻射的改性操作，可以有效地提升金屬離子的吸附性能水平。對于Pb2+的吸附作用可以達(dá)到140%，對于Cb2+的吸附量作用可以達(dá)到25%。紫外線輻射改性操作可以提升生物炭整體的氧元素含量，降低生物炭的表面酸性pH。采用廢棄椰殼的生物炭，可以通過紫外線光輻射實(shí)現(xiàn)360%的改性吸附作用。經(jīng)過15h的紫外線照射，生物炭可以對Cb2+的吸附量達(dá)到68mg/kg，是正常的3.5倍，紫外線照射后，生物炭的含氧量增加，BET的表面水平增強(qiáng)。

1.2 酸堿改性方法

酸堿改性操作中，通過改變生物炭與表面的孔容，可以實(shí)現(xiàn)表面化學(xué)作用，提高生物炭的整體吸附作用。利用氨水，可以實(shí)現(xiàn)木屑基生物炭的改性操作。通過引入氨基官能團(tuán)、銅離子，通過組合作用加強(qiáng)吸附銅離子的整體性能水平。按照氧化鈉溶液的改性處理，及時(shí)去除溶液表面的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+等多金屬離子，調(diào)整改性后的生物炭比例，提升陽離子的交換能力，注重穩(wěn)定性水平的提升。按照改性標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)生物炭化的金屬離子吸附作用，及時(shí)調(diào)配離子吸附水平。通過酸性溶液的有效清洗，實(shí)現(xiàn)吸附水平的提升。通過Na2S和KOH的改性操作，實(shí)現(xiàn)玉米秸稈碳化溶于水中，通過Hg2+的作用，注重改性后的生物炭表面處理，調(diào)整官能團(tuán)氧化陽離子交換水平，確保穩(wěn)定性能的提升。通過改性，提高生物炭下的金屬離子吸收附著力水平。根據(jù)各類離子的吸附性容量，一般是普通炭的3～6倍。通過酸性溶液可以快速地恢復(fù)吸附能力。改性秸稈生物可以去除水溶液中的Hg，調(diào)整生物炭表面的氧官團(tuán)數(shù)量，加強(qiáng)Hg吸附容量。通過S元素附著作用，加強(qiáng)表面含氧官能團(tuán)的作用，增強(qiáng)生物炭的吸附效果。按照生物炭的表面積水平進(jìn)行提升。注重NaOH改性秸稈生物炭去除溶液的Cd2+水平，改性作用下實(shí)現(xiàn)生物吸附速率的提升，實(shí)現(xiàn)微孔容作用，表面含氧官能團(tuán)數(shù)量比明顯增加。

1.3 負(fù)氧金屬氧化的改性方法

負(fù)氧金屬氧化物是利用負(fù)載的金屬元素物，調(diào)整目標(biāo)值之間的綜合力水平，提高整體吸附效果。注重金屬氧化鋁溶液對于生物炭的負(fù)載水平，注重金屬氧化物的融合效果。通過回收尿液中的磷元素，調(diào)整金屬元素中的氧化物比例關(guān)系。調(diào)整生物炭表面的吸附作用。在MgCl2的溶液操作中，不斷提升改性炭對于磷元素的吸附效果。通過錳氧化物的負(fù)載改性作用，提升Cd的吸附容量。原有生物炭為33mg/g，通過改性操作，孔隙的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。原始材料與MnCl2溶液混合，通過過濾，解熱原材料的混合效果，注重絕氧解熱下的負(fù)載錳氧化物的改性操作，去除水溶液的砷酸鹽、Pb。通過附著的錳氧化物顆粒，結(jié)合目標(biāo)物進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)吸附效果。通過改性操作，生物炭對于砷酸鹽的吸入能力相比傳統(tǒng)的生物炭而言，高出4倍左右。Pb吸附容量相比原生物炭高出20倍。通過MgCl2改性生物炭方式，去除硝酸鹽。調(diào)整負(fù)載MgCl2中生物炭與硝酸根離子之間的配合水平。在pH=8的條件數(shù)據(jù)下，需要通過MgCl2的生物炭去除提升生物炭比例水平。按照負(fù)載鐵和鋅元素進(jìn)行溶解，明確鐵鋅改良下對于硝基苯酚的去除效率。吸附容量相比原有炭高出46mg/g。按照生物炭整體負(fù)載效果，調(diào)整鐵元素的吸附能力，完成銪和砷元素的吸附處理。調(diào)整表面的酸性面積，加強(qiáng)砷吸收能力。通過KMnO4受熱作用，分解原有生物炭，調(diào)整負(fù)載猛的氧化物水平，實(shí)現(xiàn)Pb2+、Cu2+、Cd2+。通過生物炭表面吸附猛氧化顆粒，改性生物混懸液，通過分離回收，注重?cái)M定生物炭的整體磁性作用，然后再進(jìn)行分離再生處理。處理完畢后，需要通過生物性質(zhì)下的絕緣氧化裂解作用完成改性炭處理。增強(qiáng)As3+的吸附能力，提升最大容量比。實(shí)現(xiàn)飽和吸附能力的提升，利用磁鐵作用提升固液分離效果。采用化學(xué)沉淀方法，調(diào)整Fe2+和Fe3+的混合程度，在不同的混合溫度下完成溶解。通過鐵氧化作用的附著處理，改性磁性生物炭的表面積水平，減少平均孔。在400℃條件下，配制磁性改良生物炭，在700℃溫度下，通過磁性改良生物作用，加強(qiáng)對磷酸根的去除效率，達(dá)到99%以上。在400℃下，磁性改性生物炭對于硝基甲苯的去除率達(dá)到88%。

1.4 有機(jī)方式改性方法

有機(jī)改性方式中，按照特定的有機(jī)物和目標(biāo)值進(jìn)行分析，調(diào)整相互增強(qiáng)的吸附能力。按照檸檬酸改性生物炭，去除亞甲基藍(lán)，生物炭表面引入大量的羥基，產(chǎn)生大量的活性點(diǎn)位。通過改性生物炭的作用，亞甲基藍(lán)達(dá)到90%以上的去除率。調(diào)整聚乙烯亞胺、戊二醛的改性處理，確定生物化炭表面與PEI相互交聯(lián)的反應(yīng)作用。提升含氧官能團(tuán)的作用。通過Cd6+的作用，提升吸附效果，改善生物炭的整體吸附容量水平。對原始生物炭的吸附容量進(jìn)行調(diào)控，通過采用溴化銨TTAB改良的生物炭，去除多余的染料，調(diào)整吸附效能的同時(shí)，調(diào)整TTAB陽性離子表面的活性水平，增強(qiáng)RR-195A的吸附能力。通過乙二胺、三甲胺等有機(jī)試劑的生物炭處理，去除硝酸鹽，實(shí)現(xiàn)生物炭孔隙的作用，增強(qiáng)基團(tuán)表面的吸附效果。

1.5 組合改良性能方法

按照不同的改良性能方法，注重獲取吸附容量。通過酸堿預(yù)備操作，及時(shí)調(diào)配研磨負(fù)載下的金屬氧化物。對木屑基生物炭進(jìn)行改良吸附，調(diào)整磷酸鹽。在pH低的時(shí)候，通過改良生物炭的表面金屬氧化物作用，增強(qiáng)生物炭的吸附效果。按照生物炭的吸附容量，相比生物炭而言，高出5.5倍。在實(shí)驗(yàn)過程中，需要調(diào)整改良生物炭對于磷酸鹽的吸附容量水平，加強(qiáng)生物炭、殼聚糖混合的攪拌效能。通過加入氫氧化鈉溶液，過濾離心處理，實(shí)現(xiàn)生物炭表面酸性官能團(tuán)的數(shù)量增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)Cr 達(dá)55%的去除效果，相比未改炭高出15%以上。

2 污泥制備生物炭的具體應(yīng)用

生物炭通過有機(jī)高溫裂變，表面大量繁殖官能團(tuán)，相比原有的有機(jī)質(zhì)而言，吸附性能更強(qiáng)。許多研究證明改性制備生物炭可以有效地改良土壤pH值，去除污染物中的有毒元素，去除有害氣體中的有毒物質(zhì)。但關(guān)于生物炭對水中污染物吸附性能的研究報(bào)道較少，以下將針對水體污染的去除進(jìn)行分析。

污泥生物炭可以用來吸吸附污水中的金屬有毒物質(zhì)，對磷酸根具有良好的降解作用。按照吸附等溫線，可以實(shí)現(xiàn)分批次的吸附。對于鹽酸基離子具有良好的交換性作用。對于NH4-，NO3-，磷酸根具有良好的保護(hù)性作用，是復(fù)合降解過程。使用檸檬酸改性炭，可以對污水進(jìn)行有效的處理。調(diào)整在污水中的吸附效能，不斷加強(qiáng)吸附容量水平。另外，不同溫度污泥制備生物炭的降解效果不同，結(jié)合溫度、酸堿度、吸附力等，可以有效地調(diào)整提升吸附效果，滿足吸附要求。

3 生物炭復(fù)合材料對水中污染吸附能力分析

3.1 生物炭復(fù)合材料的制備調(diào)控

復(fù)合材料是按照兩種或兩種以上材料的組合，通過不同性能材料的組合，得到新的復(fù)合材料的過程。復(fù)合材料中具有原始材料的優(yōu)點(diǎn)，通過優(yōu)勢組合，達(dá)到優(yōu)勢提升，協(xié)同作用的目標(biāo)。生物炭是具有強(qiáng)吸附作用的復(fù)合材料，得到行業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可，需求量較大。生物炭表面的官能團(tuán)可以隨著溫度的變化發(fā)生變化。吸附污染后可以從環(huán)境中分離開，但不可以重復(fù)使用。為了提升生物炭的功能完備效果，科學(xué)家通過物理、化學(xué)方法，對生物炭進(jìn)行復(fù)合創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)生物炭與納米技術(shù)、磁性技術(shù)的綜合，利用酸堿改性材料提升生物炭的復(fù)合能力，通過無機(jī)材料與生物炭的復(fù)合，提升生物炭表面的官能團(tuán)數(shù)量，增強(qiáng)電荷變化水平，注重提高與污染物的配合作用。

納米技術(shù)與生物技術(shù)組合，可以有效地提升生物炭的化學(xué)官能團(tuán)數(shù)量，增強(qiáng)吸附作用的同時(shí)，提高對污染物的清潔作用。將秸稈、廢棄棉花等生物炭與AlCl36H2O作用，調(diào)整溶液的混合效果。在80℃的烘干作用下，及時(shí)處理無氧裂變效果。獲得生物-納米氧化物。生物炭-納米氧化鋁的復(fù)合材料中，調(diào)整亞甲基藍(lán)的綜合吸附效果，提高生物炭的比例水平。通過調(diào)控生物炭-納米復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)，獲取復(fù)合生物炭的高效吸附能力，調(diào)控生物炭改良效果，滿足污染吸附性能，增強(qiáng)表面官能團(tuán)的數(shù)量和種類。

3.2 生物炭復(fù)合材料中水污染的吸附作用

生物炭復(fù)合材料中，通過玉米秸稈生物炭-錳氧化物，提高對于水中Cu2+的吸附效果。分析顯示，這種復(fù)合物的吸附能力是原有生物炭的8倍。在錳氧化物的改性作用下，注重生物表面的含氧官能團(tuán)的調(diào)控，加強(qiáng)生物炭、錳氧化物的配比。通過陽離子交換作用，實(shí)現(xiàn)共同生物炭、錳氧化物的復(fù)合，提高Cu2+的吸附能力。按照表面積與孔徑位置，提高吸附點(diǎn)合理性。按照生物炭、納米技術(shù)，對水中的亞甲基藍(lán)進(jìn)行吸附處理，相比生物炭的吸附能力提升5倍。復(fù)合材料的表面積孔隙更多，吸附能力更強(qiáng)，靜電吸附作用下，π-π鍵發(fā)生作用，實(shí)現(xiàn)生物炭-殼聚糖復(fù)合，提升水中Pb2+的吸附效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，生物炭復(fù)合材料進(jìn)行合理改性后具有良好的吸附效果，符合實(shí)際使用推廣的需求標(biāo)準(zhǔn)。在未來的各類污染清除治理工作中，將會(huì)得到良好的適用和反饋效果。我國需要加強(qiáng)生物炭復(fù)合材料的研究，注重實(shí)際操作和應(yīng)用，以提高環(huán)保保護(hù)水平。