生物炭對(duì)土壤重金屬的吸附

（中鐵（石家莊）設(shè)計(jì)研究院有限公司，石家莊 050000）

摘 要：生物炭作為一種新型的吸附劑，近年來成為環(huán)境、能源等領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)。生物炭對(duì)水和土壤中的重金屬離子具有良好的吸附去除效果。本文將從生物炭特性、原料、制備;生物炭對(duì)重金屬吸附的機(jī)理;指出其在土壤污染處理中存在的問題和具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：生物炭;重金屬;吸附機(jī)理;土壤污染

0 前言

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，大量工業(yè)“三廢”、城市生活垃圾和污泥等污染物的排放和不恰當(dāng)?shù)奶幹?，使得重金屬在土壤中不斷積累，產(chǎn)生污染。含重金屬農(nóng)藥和化肥的過量使用也加重了土壤重金屬的污染負(fù)荷。因重金屬污染造成的農(nóng)產(chǎn)品安全問題和巨大經(jīng)濟(jì)損失，引起了國(guó)內(nèi)外的極大關(guān)注。鑒于生物炭的多孔性以及較大的比表面積，作為改良劑時(shí)可改善土壤性質(zhì)并增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、作為碳匯可減輕全球氣候變化和作為吸附劑消除農(nóng)業(yè)污染[1]。

1 生物炭特性

生物碳是由生物殘?bào)w在缺氧情況下，經(jīng)高溫慢熱解（通常lt;700℃）產(chǎn)生的一類難熔、穩(wěn)定的、高度芳香化的、富含碳素的固態(tài)物[2]。生物炭含有一定量的灰分，礦質(zhì)元素如Na、K、 Mg、Ca等以氧化物的形式存在于灰分中，溶于水后呈堿性。

從微觀結(jié)構(gòu)看，生物炭多有緊密堆積、高度扭曲的芳香片層組成，具有亂層結(jié)構(gòu)表面多孔，具有較大的比表面積和較高的表面能[3]，隨裂解溫度升高，生物炭酸性基團(tuán)減少，堿性基團(tuán)增加，總官能團(tuán)減少，官能團(tuán)密度減少。不同材料，不同裂解方式對(duì)生物炭的比表面積影響很大。一般來說，隨裂解溫度升高，比表面積增加。但有些材料在裂解溫度達(dá)到600℃-700℃時(shí)，比表面積反而下降。生物炭經(jīng)活化后可以顯著增加其比表面積。

2 生物炭的原料

生物碳本著“變廢為寶”的理念，多種行業(yè)中的廢棄物都可以加以利用，制造成為生物炭。

植物類廢棄物主要有 秸稈、稻草、米殼、樹枝等，這些廢棄物通常含豐富的碳元素。若直接燃燒，會(huì)產(chǎn)生大量的CO2，不僅造成了資源浪費(fèi)，還污染了環(huán)境，因此可以將它們制成生物炭進(jìn)一步利用。

輕工業(yè)也會(huì)有大量的固體廢棄物，其中不乏含較多碳的物質(zhì)。例如，制糖產(chǎn)業(yè)中，在制糖后會(huì)產(chǎn)生大量的甘蔗渣和甜菜渣，是制備生物質(zhì)碳的理想材料。

活性污泥法處理污水的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的剩余污泥，目前處理污泥的方法為填埋和焚燒，考慮到污泥中含豐富的C、N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，成為生物炭加入土壤中還可以促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，是制備生物炭的優(yōu)質(zhì)材料。

藻類分為大分子藻類和微藻類，大分子藻類常見于湖泊中，而微藻個(gè)體極小。微藻類脂類含量較高，適合于生產(chǎn)生物燃料。大分子藻類脂類含量較低，且繁殖速度非?？?，可以用來制備生物質(zhì)碳。

3 生物炭的制備

以小麥秸稈為例

（1）小麥前期處理：取適量小麥秸稈，自來水清洗，洗凈并風(fēng)干一天，在80℃恒溫干燥箱烘干12小時(shí)。然后粉碎，過80目篩，放置于棕色瓶保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）小麥秸稈生物炭的制備：生物炭的制備采用限氧升溫碳化法。具體操作：取過80目的小麥顆粒，放入干鍋中，放滿，不留空隙，放入馬弗爐中加熱，溫度分別為200℃、300℃、500℃、600℃下加熱6小時(shí)，冷卻至室溫，取出，制得生物炭加400ml 1mol/L的HCl進(jìn)行酸洗6小時(shí)，去除灰分，經(jīng)過濾，用蒸餾水洗至中性，80℃烘干12小時(shí)，置于棕色瓶中備用，制得的生物炭分別記為W200、W300、W400、W500、W600，WX其中W代表小麥秸稈，X代表炭化溫度。

小麥秸稈制備是通過圖1的流程完成的。

4 展望

未來生物質(zhì)碳的制備重點(diǎn)是發(fā)展綠色、反應(yīng)條件溫和的轉(zhuǎn)化方法，以及通過選擇活化劑種類與含量、活化方法、催化劑種類與含量對(duì)生物質(zhì)炭微孔結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)的調(diào)控。在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用可有效治理水體和土壤方面的環(huán)境污染。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊放，李心清，王兵，程建中.生物炭在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和污染治理中的應(yīng)用[J].地球與環(huán)境，2012，40（03）：100-107.

[2]王懷臣，馮雷雨，陳銀廣.廢物資源化制備生物質(zhì)炭及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2012，31（04）：907-914.

[3]Cao X.L Ma.Dairy-manure derived biochar effectively sorbs lead and alrazine[J].Environmental Science amp;Technology，2009，43（09）：3285-3291.

作者簡(jiǎn)介：韓學(xué)濱（1983-），男，河北廊坊人，本科，工程師，研究方向：環(huán)境工程。