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

（沈陽建筑大學市政與環境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

隨著我國經濟的迅猛發展，工業化進程不斷加快，廢棄物不合理的排放導致我國土壤重金屬污染問題日益顯著。但是，我國對重金屬污染的修復工作才剛剛開始，目前完成了不到3%。而且目前重金屬污染的修復方法還不成熟，對土壤中重金屬的修復主要采用物理方式，即通過加熱將可揮發重金屬從土壤中脫離或應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養結構。針對我國土壤重金屬污染面積廣且污染濃度不高的現狀而言，不適用上述方法。而是需要一種能夠穩定持續處理且對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如花生殼、玉米秸稈等在高溫下厭氧裂解產生的物質，目前對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土壤的緩沖性能，生物炭的pH值一般在8以上，不僅能夠調節酸性土壤的土壤環境，生物炭還能夠改善土壤的生物群落組成和豐度等，生物炭添加后通過影響土壤的結構組成和營養物質的循環，間接提高作物產量。

2 生物炭吸附重金屬存在的問題

目前，通過生物炭吸附重金屬的效果不佳，主要研究的是通過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，重金屬離子并沒有完全“填滿”生物炭的孔隙，而且通過反復洗脫后，重金屬離子洗脫量較大，故實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圍環境的變化，重新脫離生物炭的“束縛”，再次回到土壤中。

有學者指出，生物質裂解過程中產生的大量化學官能團，能夠與重金屬離子發生絡合作用，這種絡合作用發生之后重金屬離子與官能團形成相對穩定的絡合物沉淀［1］，增強生物炭對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，生物質裂解程度增加，化學鍵斷裂，通過傅里葉光譜可看出，裂解溫度過高（＞800℃），生物炭中官能團數量將會消失。

3 生物炭吸附重金屬改性研究

有研究表明，通過改性的方式能夠增加生物炭中官能團的數量。王向前等［1］發現使用化學試劑對生物炭進行改性處理能夠增加其對水溶液中重金屬離子的吸附容量。Regmi P等［2］通過電鏡觀察發現，通過改性的仙人掌生物炭比普通生物炭的碳骨架更加明顯，孔隙結構更加豐富，對重金屬的吸附能力在5倍以上。Xue Y等［3］通過水熱法制備的普通生物炭與添加過氧化氫的改性生物炭進行對比發現，改性生物炭對Pb2+的吸附量是普通生物炭的25倍。鄧瀟等［4］研究表明，單位時間內改性的玉米秸稈對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用空間，在改性過程中可以增強生物炭的骨架結構和吸附能力。

而且通過特定改性方法能夠修飾原來生物炭的結構，張越等［5］研究表明通過硝酸改性后的生物炭的比表面積是原來的1.98倍，總孔容積是原來的1.50倍，微孔容積是原來的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由于廢棄燃燒等帶來的環境污染，而且施用生物炭能夠豐富土壤中的營養元素、改善土壤環境；②生物炭添加到土壤后能通過其特有的孔隙結構、官能團與重金屬離子的絡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，土壤環境復雜多變，需要因地制宜合理規劃，采用多種治理方式結合的手段解決我國土壤重金屬污染問題。