農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)碳材料在水體有機污染物去除中應(yīng)用的研究進展

穆伊芳 白鑫剛 武大鵬

(河南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007)

0 前言

工業(yè)和人為活動所產(chǎn)生的有機污染物對自然環(huán)境構(gòu)成了前所未有的威脅。如何從廢水中除去這些有機污染物成為了一個備受關(guān)注的世界性環(huán)境問題。目前已經(jīng)開發(fā)出幾種去除有機污染物的方法，包括吸附、生物降解、混凝、絮凝、膜過濾等[1]。在這些方法中，吸附法因其成本低、處理后的廢水質(zhì)量好而受到青睞[2]。過去20年來，從天然材料、農(nóng)業(yè)、生活和工業(yè)廢棄物中制得的生物質(zhì)活性碳作為吸附劑用于水體中有機污染物的去除取得了極大的進展。

1 從廢水中除去有機染料

染料因其著色性良好被應(yīng)用在皮革、造紙和紡織等重要工業(yè)中[3]，而在這些工業(yè)生產(chǎn)過中往往會產(chǎn)生大量的有害廢水，造成水污染。如何除去從廢水中去除這些染料成為一項重大的環(huán)境挑戰(zhàn)。 Suwiwat[4]等利用氫氧化鉀(Pre-KOH)和磷酸(Pre-HP3O4)對稻草進行活化，得到多孔的生物炭材料。實驗結(jié)果表明，Pre-KOH對亞甲基藍(陽離子染料)和剛果紅(陰離子染料)的吸附效果較好，吸附量分別為527.6mg/g和531.4mg/g。在許多情況下，其吸附能力超過了文獻中先前報道的吸附劑，且需要較少的預(yù)處理。這表明了，活化劑的種類對農(nóng)業(yè)廢棄生物炭材料吸附有機污染物的性能具有十分重要的影響。

2 從廢水中去除芳香族化合物

芳香族化合物含有是一類具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物。這類化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易分解，且毒性很強。它們會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，對人體危害極大[5]。酚類化合物，如苯酚、對硝基苯酚、多氯聯(lián)苯等是最常見的芳香類污染物。Yunchao Li[6]等以尿素為氮源，NaHCO3為活化劑，玉米秸稈為原料，在不同溫度下(500℃～700℃)熱解制備了氮摻雜的分級多孔生物炭，并將其應(yīng)用于水體中苯酚的除去。研究結(jié)果表明，氮原子的加入明顯改善了生物炭的理化性質(zhì)，提高了其吸附性能。此外，在此溫度范圍下，隨著熱解溫度的升高，樣品的結(jié)構(gòu)特征得到改善，其作為吸附劑的能力得到提高。這表明了，生物炭的熱解溫度對其表面結(jié)構(gòu)及吸附性能影響較大。

3 從廢水中去除抗生素

抗生素在畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖中的過度使用引起了公眾的關(guān)注，因為這些合成化學(xué)品(如氟喹諾酮類抗生素)不容易被生物降解。它們能夠?qū)е滤w中生物群落的毒性作用和耐藥微生物種群的變化。Yan Li[7]等以馬鈴薯莖為原料，成功地研制了一種新型粘土—生物炭復(fù)合材料，提高了水溶液諾氟沙星的去除率。吸附過程的動力學(xué)數(shù)據(jù)與擬二階模型吻合較好，吸附等溫線數(shù)據(jù)與Langmuir模型吻合較好。研究結(jié)果表明，改性后的生物炭比原生物炭具有更好的疏水性和親和力，且吸附能力約為原生生物炭的1.68倍。這表明了，改性可以極大地提高農(nóng)業(yè)廢棄物生物炭的吸附性能。

4 結(jié)論與展望

本文介紹了近年來農(nóng)業(yè)廢棄物生物炭作為吸附劑在除去有機染料、芳香族化合物以及抗生素方面的研究進展。從經(jīng)濟學(xué)的角度，在今后的研究中需要著重對吸附材料的再生進行研究，從而降低其生產(chǎn)成本。