生物炭制備及其吸附應(yīng)用研究進展

盛 竹 鄧兵杰 孫 洋* 范思辰 李欣陽 楊天華

（1沈陽航空航天大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院遼寧省清潔能源重點實驗室，遼寧沈陽 110136；2海油環(huán)境科技（北京）有限公司，北京 100125）

能源與環(huán)境問題是人類共同關(guān)心的重要課題，關(guān)系到經(jīng)濟的發(fā)展和人民幸福指數(shù)的提高。目前，我國能源現(xiàn)狀仍以應(yīng)用煤炭為主，石油、天然氣的應(yīng)用比例雖逐年增高，但相比國際平均水平仍較低，大量的煤炭利用帶來了環(huán)境污染和生態(tài)的破壞。隨著煤炭等化石資源日益枯竭和環(huán)境污染的加劇，生物質(zhì)能、風能、太陽能和地熱能等新能源和可再生能源得到了較大規(guī)模發(fā)展，但受現(xiàn)有開發(fā)利用技術(shù)和運行成本的限制，利用生物質(zhì)能、風能、太陽能等可再生能源占總能量的比例不高。在可再生能源和新能源中，生物質(zhì)能是唯一可儲存、可運輸和含碳源的可再生能源，具有S、N元素含量低，資源化利用過程SO2、NOx排放較少，碳來源于植物的光合作用，利用過程碳中性等特點。因此，生物質(zhì)能被各國學(xué)者認為是未來重要的能源資源和化石能源的替代資源。近些年，國內(nèi)外專家學(xué)者將生物質(zhì)作為原料熱解制得生物炭、熱解氣體以及生物油，以取代煤、石油原料。生物炭作為唯一的碳源，如果依據(jù)此方法對其進行合理研究并充分提高其利用率，將會有效解決世界能源短缺等問題。

目前，吸附法是治理氣態(tài)污染物、水中有機污染物和重金屬污染物的主要手段之一，尤其在水處理方面取得了長足的發(fā)展。吸附法是采用多孔性的固體材料（如活性炭、硅膠、分子篩和活性氧化鋁等）作為污染物吸附劑，去除氣態(tài)、可溶性氣態(tài)或液態(tài)有機化合物和重金屬等物質(zhì)的方法[1]。目前，普遍使用的多孔人工吸附材料存在吸附量小、再生困難、價格昂貴、環(huán)境不友好等諸多缺點。因此，尋找環(huán)境友好、原料豐富、價格低廉的吸附材料成為研究熱點?；钚蕴坎牧嫌捎诰哂蟹€(wěn)定的物理結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和較多的含氧活性基團及其耐酸、耐堿、耐熱等特點，被認為是非常優(yōu)秀的吸附材料?；钚蕴恐苽涞脑现饕敲禾?、石油焦等，不但需要消耗大量的不可再生資源，而且其制備過程常伴有大量污染物的釋放。生物質(zhì)是富含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的碳質(zhì)物質(zhì)，有良好的親水性和多孔結(jié)構(gòu)，可作為制備多孔活性炭的原料。生物質(zhì)種類較多、成分差別較大，同時生物質(zhì)熱解炭化技術(shù)多樣且制備設(shè)備相對滯后，制備的生物炭孔隙結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)差異較大，在吸附領(lǐng)域應(yīng)用存在不足。因此，開發(fā)先進的炭化技術(shù)和設(shè)備十分必要。本文首先簡要介紹了生物質(zhì)熱解制取生物炭工藝、生物炭生成機理及目前應(yīng)用領(lǐng)域，綜述了目前生物炭在能源環(huán)境、農(nóng)業(yè)土壤以及功能材料等領(lǐng)域應(yīng)用的研究進展及存在的問題，重點評述了生物炭制備及其結(jié)構(gòu)特性、吸附特性的影響因素，指出了生物質(zhì)制備生物炭技術(shù)及其在吸附污染物領(lǐng)域應(yīng)用的未來研究熱點。

1 生物質(zhì)熱解制備生物炭概述

1.1 生物質(zhì)熱解制備生物炭工藝

生物質(zhì)熱解是生物質(zhì)原料在無氧或限氧條件下通過加熱使其有機組分熱降解，最終生成固態(tài)生物炭、液態(tài)生物油和氣態(tài)可燃氣體的過程。三態(tài)產(chǎn)物的比例取決于熱裂解工藝及設(shè)備、反應(yīng)參數(shù)和生物質(zhì)原料的理化性質(zhì)[2]。熱解工藝按照物料停留時間及加熱速度主要分為低溫慢速熱裂解、中溫快速熱裂解和高溫閃速熱裂解。其技術(shù)參數(shù)如表1[3]所示。

表1 熱解工藝主要技術(shù)參數(shù)

低溫慢速熱裂解是在較低的加熱速率下經(jīng)過較長的反應(yīng)時間發(fā)生的熱解反應(yīng)。反應(yīng)初期為低溫加熱（120～200℃），生物質(zhì)組分發(fā)生內(nèi)部重排，纖維素轉(zhuǎn)變成活性纖維素[4]。之后溫度逐漸升高，固體有機物分解，生成熱解產(chǎn)物，其中炭繼續(xù)脫揮發(fā)分并生成富炭殘留物[5]。此條件下生成的固、液、氣熱解產(chǎn)物產(chǎn)量都較大，其中以生物炭為主，其產(chǎn)量約占生物質(zhì)原料質(zhì)量的30%、占能量的50%，故慢速裂解也稱燒炭法[4]。

中溫快速熱裂解是在中溫、高加熱速率和極短氣體停留時間的條件下將生物質(zhì)直接熱解的過程。其產(chǎn)物經(jīng)快速（通?！?.5 s）冷卻至350℃以下，避免中間大分子有機物發(fā)生二次裂解生成氣體，最大限度地增加液態(tài)產(chǎn)物[6]。因此，中溫快速熱裂解可得到高產(chǎn)量的生物質(zhì)液體油。研究發(fā)現(xiàn)，適宜的反應(yīng)條件可獲得生物油產(chǎn)率達70%以上，能量產(chǎn)率達原生物質(zhì)的80%以上。該技術(shù)生產(chǎn)的生物油能量密度高、易儲存和運輸，并且產(chǎn)品可異地消費，但中溫快速熱裂解液化技術(shù)產(chǎn)油的后續(xù)精化工藝復(fù)雜，因而大規(guī)模應(yīng)用還需一步研究。

高溫閃速熱裂解升溫速率非常高，顆粒在幾秒甚至更短的時間就會達到熱解終溫，因而對原料的顆粒尺寸及均勻性要求非常高。高溫閃速熱裂解一般生成40%的生物油和可燃氣體，剩下60%為生物炭。高溫閃速熱裂解需要特殊結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器，如夾帶流反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器等[7]，因而用此方法制取生物炭較少。

1.2 生物炭的概念及其應(yīng)用

生物炭是指在完全無氧或部分限氧的條件下將生物質(zhì)進行高溫熱解炭化，生成一類高度芳香化的難熔固態(tài)物質(zhì)[8]，其成分如表2[9]所示。彈筒發(fā)熱量為30.23 MJ/kg，焦渣特性為 1（粉狀）。

表2 生物炭的工業(yè)分析 單位：%

生物炭應(yīng)用廣泛，是一種可燃燒的固體材料，可以替代木材生產(chǎn)的木炭作為燃料使用。將農(nóng)林廢棄物制成木炭可以實現(xiàn)工業(yè)自動化，而且其優(yōu)點眾多，如熱值高、燃燒均勻、無煙無污染、環(huán)保[10]等。由于具有較大的比表面積、發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)以及芳香化的表面官能團，生物炭可以經(jīng)活化生成生物質(zhì)活性炭。生物質(zhì)活性炭吸附能力較強、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常用作吸附劑或催化劑載體，也是工農(nóng)業(yè)、交通、醫(yī)藥衛(wèi)生、能源環(huán)保和國防等行業(yè)中具有廣泛應(yīng)用價值的重要材料[11]。近年來，生物炭作為土壤改良劑逐漸被關(guān)注。生物炭可以最大限度地將雨水固定在生物炭所在土壤表層，保留土壤中的養(yǎng)分，促進土壤對營養(yǎng)的吸收，弱化土壤酸性，提高土壤pH值。此外，生物炭還可以吸收空氣中的水分，固碳、增匯、減排，有利于保護生態(tài)環(huán)境[12-14]。生物炭主要組成是碳（66.6%～87.9%）、少量的氫（1.2%～2.9%）、氧（10.6%～26.6%）和灰分（包括鉀、鈣、鈉、鎂、硅等），這些成分提供了農(nóng)作物生長所需的營養(yǎng)元素。表3列出2種不同原料制得的生物炭成分[11]。以生物炭作肥料的載體，有利于保持肥料的穩(wěn)定性和持久性[15]。

表3 2種肥料用生物炭的主要成分 單位：%

1.3 生物質(zhì)熱解炭化機理

生物質(zhì)熱解炭化技術(shù)是在一定溫度和升溫速率下利用炭化設(shè)備將生物質(zhì)熱解生成固態(tài)產(chǎn)物生物炭的過程。其本質(zhì)是將生物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的分子結(jié)構(gòu)破碎成小分子、高熱值的固態(tài)炭[16]，對環(huán)境友好，便于儲存運輸[17]。

生物質(zhì)主要組分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，還包含一些可溶于極性或非極性溶劑的提取物。生物質(zhì)熱解常常被假設(shè)為3種主要組分獨立進行熱分解：半纖維素和纖維素主要熱解產(chǎn)物包括CO、CH4、H2等可燃氣體和以左旋葡聚糖以及醛類、酮類和有機酸類等為主的生物油，木質(zhì)素熱解組分主要生成生物炭。因此，木質(zhì)素被認為是制備生物炭的研究原料。纖維素熱分解反應(yīng)途徑競爭模型于1976年首次提出，即 Broido-Nelson 模型（圖1）[18]；之后有學(xué)者對上述模型進行改進，提出了分解反應(yīng)機理途徑模型，即廣為人知的Broi-do-Shafizadeh模型，簡稱B-S模型（圖2）[19]。后續(xù)又有許多學(xué)者對此進行了分析研究。劉倩等[20]以纖維素為原料、利用氙氣燈作為熱解熱源開展試驗，得到了可溶于水的黃色活性纖維素中間體，并對B-S機理模型改進，添加了生物質(zhì)熱解初期生成活性纖維素的中間過程。程輝等[21]在木質(zhì)素慢速熱解機理研究中發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素熱解分為水分揮發(fā)、支鏈斷裂重組和芳環(huán)縮聚成炭3個階段，熱解過程是斷裂舊鍵、生成新鍵的過程。王凱歌[22]通過研究纖維素、半纖維素和木質(zhì)素共熱解相互影響發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素的熱解產(chǎn)物受纖維素、半纖維素影響巨大，半纖維素熱解乙酸等產(chǎn)物因木質(zhì)素而被抑制。

2 生物質(zhì)炭化的影響因素

生物炭是生物質(zhì)熱解炭化的固體產(chǎn)物，主要包括芳香化的多孔碳和少量無機物。影響生物炭產(chǎn)率及其物理結(jié)構(gòu)特性的因素主要有生物質(zhì)原料種類組分、預(yù)處理方式、熱解氣氛、熱解溫度和升溫速率等。以下詳細分析各因素對生物炭的影響。

2.1 原料種類組分

不同種類的生物質(zhì)原料對熱解炭化后得到的生物炭產(chǎn)量、品質(zhì)等都有影響。譚 洪等[23]研究了木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等3個組分各自的熱解特性，通過熱重分析儀的測定結(jié)果得出，木質(zhì)素熱失重的溫度范圍最大且生成固體產(chǎn)物的量最多，故認為木質(zhì)素熱解主要生成生物炭。這是因為木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中存在的芳香環(huán)類物質(zhì)熱穩(wěn)定性最好。Suliman等[24]研究了3種原料（道格拉斯木材、道格拉斯樹皮和楊樹木材）熱解制得的生物炭產(chǎn)量，結(jié)果顯示，在相同條件下，道格拉斯樹皮熱解產(chǎn)生的生物炭產(chǎn)量最大。分析原因是這種原料中木質(zhì)素含量高，有助于形成炭。道格拉斯木材和楊樹木材生物炭產(chǎn)量的差異相對較小，是由于2種材料木質(zhì)素含量相近。同時發(fā)現(xiàn)，隨著木質(zhì)素的增加，生物炭孔隙率也變大[25]。Li等[26]研究生物炭組成和表面特征與生物質(zhì)原料類型的關(guān)系得出，木材生物炭的產(chǎn)量略高于在相同高熱解溫度下獲得的纖維素生物炭，但遠低于木質(zhì)素生物炭的產(chǎn)量，再一次說明了生物炭主要來源于木質(zhì)素。此外，試驗結(jié)果表明，在600℃的條件下制得的木質(zhì)素生物炭外表面積、平均孔徑均比纖維素生物炭大，從而說明木質(zhì)素生物炭比纖維素生物炭有更多的微孔結(jié)構(gòu)。南占東等[27]利用小型流化床對多種油料作物秸稈進行快速熱解試驗，分析生物質(zhì)3個組分對生物炭和生物油分布的影響，研究發(fā)現(xiàn)，生物油產(chǎn)量與纖維素、半纖維素含量成正相關(guān)，生物質(zhì)熱解炭產(chǎn)率和孔隙率與生物質(zhì)木質(zhì)素含量成正相關(guān)，并且與纖維素、半纖維素含量成負相關(guān)。生物質(zhì)由于生長需要含有大量無機元素，其在熱解時會留在生物炭中，生物質(zhì)灰分含量越高，熱解生物炭產(chǎn)量越大[28]，生物質(zhì)無機元素含量也是影響炭產(chǎn)量的主要因素?？傊镔|(zhì)原料種類既影響生物炭的產(chǎn)量，又會對生物炭的孔徑結(jié)構(gòu)等特性造成一定影響。

2.2 熱解溫度

生物質(zhì)熱解是吸熱反應(yīng)，熱解溫度是生物質(zhì)熱解炭化的重要影響因素之一，較低溫度可提高生物質(zhì)原料熱解制得生物炭的回收率[29]。Uzun等[30]開展了廢茶葉等生物質(zhì)的熱解試驗，結(jié)果表明，當溫度從673 K上升到973 K時，生物炭產(chǎn)量由43.37%減少至21.04%，主要原因是較高溫度可促使生物質(zhì)揮發(fā)分析出。朱金陵等[31]研究得出，300℃時玉米秸稈顆?？赏瓿蔁峤馓炕?，該工況下熱解炭產(chǎn)率為55%，低位熱值為21.3 MJ/kg，同時發(fā)現(xiàn)炭產(chǎn)率及熱值隨溫度提高呈下降趨勢。馮小江等[32]研究農(nóng)作物秸稈的熱解特性發(fā)現(xiàn)，熱解終溫對生物炭中碳的含量和比表面積有重要影響。溫度的升高有助于生物炭中碳含量增加，但溫度對生物炭比表面積的影響還與農(nóng)作物種類有關(guān)。徐 佳等[33]研究了不同炭化工藝條件下棉花秸稈慢速熱裂解制得生物炭的理化特性，結(jié)果表明，隨著炭化溫度的上升，生物質(zhì)自身的有機物質(zhì)逐步分解，并逐漸露出樣品的骨架結(jié)構(gòu)，孔隙越來越豐富，比表面積增加，孔容也增大。由此可得，當熱解溫度較高時，生物炭產(chǎn)量雖小，但其比表面積和孔隙率增加。因此，在實際研究中，要綜合考慮生物炭產(chǎn)率、品質(zhì)等問題，從而選擇最優(yōu)溫度。

2.3 升溫速率

升溫速率對生物質(zhì)炭化的影響較為復(fù)雜，升溫較快可以縮短炭化時間、提高炭化速率，但會影響炭化品質(zhì)。楊瑛[34]對棉稈直接熱解炭化的試驗得出，棉稈熱解升溫速率不宜超過30℃/min，當升溫速率為5℃/min時，得炭率最大，達49.98%。分析其原因，當升溫速率過快時，生物質(zhì)停留在低溫的時間變短，自由基的平行和順序的縮聚反應(yīng)減少，析出揮發(fā)分增加，生物炭產(chǎn)量明顯下降[35]。姚錫文等[36]研究玉米芯的熱解發(fā)現(xiàn)：升溫速率為5 K/min時失重率約為45%，得炭率為55%；升溫速率提高到10 K/min和20 K/min時，得炭率分別降低到35%和25%。研究表明，提高熱解升溫速率，使玉米芯熱解程度提高，從而可提高熱解產(chǎn)物的非固態(tài)產(chǎn)率。Elyounssi等[37]發(fā)現(xiàn)，采用兩步熱解法熱解桉木可提高生物炭的產(chǎn)量。該方法首先在纖維素劇烈分解前采用較低的升溫速率，纖維素基本分解完畢后再使用較高的升溫速率進行熱解，通過分階段熱解可在減少反應(yīng)時間的同時提高生物炭產(chǎn)率。張 軍等[38]研究棉花秸稈炭、玉米秸稈炭、稻殼炭、樹葉炭的熱解特性時發(fā)現(xiàn)，升溫速率對生物炭孔隙結(jié)構(gòu)和孔數(shù)的影響與熱解溫度有關(guān)：在較高的熱解溫度和升溫速率條件下，生物炭孔隙結(jié)構(gòu)明顯降低；在較低的熱解溫度下，升溫速率對孔隙結(jié)構(gòu)無影響，但對孔的數(shù)量有影響。因此，采用不同升溫速率進行熱解制得的生物炭產(chǎn)量有很大差異。一般來說，慢速熱裂解能夠大大增加生物炭產(chǎn)率，而快速熱裂解能夠改善生物炭品質(zhì)。

2.4 預(yù)處理方式

為改善生物質(zhì)原料利用性差的劣勢和提高生物質(zhì)熱解產(chǎn)物的品質(zhì)，常采用生物質(zhì)預(yù)處理手段。殷實等[39]通過KOH活化、微波預(yù)處理加氮氣焙燒法制得的柳桉生物炭具有較好的多級孔道結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，推斷2種加熱手段協(xié)同作用于生物質(zhì)熱解可有效促進生物炭多級孔道結(jié)構(gòu)的形成。張燕[40]利用氮氣封閉系統(tǒng)和半封閉系統(tǒng)來烘焙預(yù)處理生物質(zhì)，研究烘焙生物質(zhì)熱解制備生物炭的理化特性，發(fā)現(xiàn)烘焙技術(shù)可提高生物質(zhì)熱值。與氮氣烘焙處理相比，半封閉烘焙處理生物質(zhì)制得的生物炭表現(xiàn)出亂層、無定型碳的結(jié)構(gòu)。分析其原因是烘焙使生物質(zhì)的纖維素和木質(zhì)素發(fā)生一定程度氧化和降解，纖維素的結(jié)晶度降低。陳 靖等[41]研究負載金屬鐵鹽生物質(zhì)制備炭發(fā)現(xiàn)，鐵鹽可使炭比表面積和總孔容增大、平均孔徑減小，從而使炭對氨氮的吸附能力增強。馬艷茹[42]采用氫氧化鈉和微波對玉米秸稈、玉米芯和木屑生物炭進行改性處理，發(fā)現(xiàn)改性處理可顯著增大生物炭比表面積，顯著增加表面強供電基團，明顯增強其對氨氮的吸附能力。由上述研究報道可以看出，適當?shù)念A(yù)處理方式對改善生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)、增加基團數(shù)和比表面積有積極作用，能夠有效增強生物炭的吸附能力。

3 生物炭吸附特性的影響因素

生物炭具有較大的表面積、特殊的孔隙結(jié)構(gòu)和豐富的官能團等特性，大多用作吸附劑，在環(huán)境保護、土壤修復(fù)等方面起到巨大的作用。生物炭自身的孔隙結(jié)構(gòu)、外界的吸附條件以及所吸附物質(zhì)的理化性質(zhì)都會對生物炭的吸附過程造成影響。

3.1 生物炭孔隙結(jié)構(gòu)

在制備生物炭的過程中，生物質(zhì)大分子熱解炭化形成的碳骨架相互交錯形成了2～50 nm的介孔結(jié)構(gòu)。生物質(zhì)的小分子由內(nèi)向外逃逸形成孔徑小于2 nm的微孔結(jié)構(gòu)。這些孔隙結(jié)構(gòu)的性質(zhì)可從生物炭的比表面積、N2吸附-脫附曲線、孔徑分析得到[43]。王彤彤等[44]研究了不同原料制備生物炭的形貌特性，并通過比表面積及SEM的測定得到玉米秸稈生物炭孔徑大于50 nm時，孔體積變化率較大，說明玉米秸稈生物炭孔徑分布集中在大孔。李靖[45]經(jīng)試驗研究得出，多孔結(jié)構(gòu)提高了生物炭的自身表面積，提高了吸附效率，使得土壤中微生物的多樣性及活性得到增強，提高了微生物對有機污染物的降解效率。汪艷如等[46]研究了凍融循環(huán)對牛糞生物炭吸附氨氮的影響，結(jié)果表明，經(jīng)凍融循環(huán)后，牛糞生物炭的比表面積顯著增大，陽離子交換量（CEC）也增大，pH值、Zeta電位降低。由此得出，比表面積、陽離子交換量是影響牛糞生物炭吸附效率的重要影響因素。Saito等[47]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭的吸附平衡與生物炭粒徑有關(guān)，粒徑越小，表面積越大；吸附容量越大，達到平衡快。由上述研究結(jié)果可知，生物炭可作為一種廉價的吸附劑用于阻控環(huán)境介質(zhì)中污染物質(zhì)的遷移，在環(huán)境修復(fù)和消減污染物風險方面具有廣闊的應(yīng)用前景[48]。

3.2 生物炭表面官能團

生物炭表面官能團影響其吸附能力，尤其是含氧官能團（如—OH、—COOH、—CO—）關(guān)系更為密切。已有文獻研究表明，生物炭含氧官能團使得生物炭O/C變大，使得陽離子交換量變大，吸附特性變得顯著；同時也發(fā)現(xiàn)，炭表面所帶的含氧官能團越多，對重金屬的吸附能力越強[49-50]。Yue等[51]利用鹽生植物生物炭對碘和亞甲基藍的吸附性能進行研究，結(jié)果顯示，鹽生植物生物炭表面親水性含氧官能團受到損失，表面酸性基團極少，其性能顯示具有高的碘吸附能力，而亞甲基藍吸附能力較低。因此，可以推斷，生物炭中含氧官能團能夠增強其表面親水性，有利于對小分子和極性有機污染物的吸附[52]。這一理論被Yang等[53]的研究進一步證明：生物炭表面含氧官能團使水分子結(jié)合，并沿著氫鍵形成凝聚體在炭孔隙中互相聯(lián)系成重水區(qū)域，促進對有機污染物的吸附。熱解能夠改變生物炭表面官能團的性質(zhì)，生物炭原料種類還決定了熱解制得生物炭的無機鹽種類和含量以及表面官能團濃度，其對生物炭的吸附特性有巨大影響[45]。Samsuri等[54]對比分析了油棕櫚樹生物炭和谷殼炭的含氧官能團濃度對吸附特性的影響（表4），研究表明，生物炭吸附重金屬性能強弱與表面含氧官能團濃度有關(guān)。綜上，生物炭表面所帶的含氧官能團對其吸附污染物能力有直接影響，含氧官能團濃度被認為是衡量生物炭吸附重金屬能力的指標。

表4 不同種類生物炭表面含氧官能團濃度單位：（mmol·g-1）

3.3 外界吸附條件

熱解溫度、pH值、生物質(zhì)投加量等外界條件發(fā)生改變，生物炭的吸附特性也會隨之改變。馬鋒鋒等[55]研究發(fā)現(xiàn)，熱解溫度對牛糞生物炭中總磷量有影響，在吸附應(yīng)用中由于自身有效磷的解吸進而影響其對外界磷的吸附量，同時發(fā)現(xiàn)其影響隨溫度增高而增大。Xiao等[56]系統(tǒng)地分析了不同溫度對熱解玉米秸稈制備生物炭的影響，結(jié)果表明，隨著熱解溫度的升高，生物炭的表面積、微孔面積和芳香性增強。通過對MTBE和苯的吸附試驗得出，較高的熱解溫度導(dǎo)致目標化合物具有更強的吸附能力，并且在不同溫度下熱解生物炭的主要吸附機制相同。對于在高溫下熱解的生物炭而言，孔隙填充是一種可能的吸附機制。馬天行[57]在利用納米單質(zhì)鐵改性氨基生物炭吸附重金屬的研究中發(fā)現(xiàn)，改性氨基生物炭對鎘的吸附特性受環(huán)境因素的影響，隨溶液pH值增加，吸附能力增強。Wang等[58]研究了酸度值對菠蘿皮基生物炭吸附六價鉻的影響。研究發(fā)現(xiàn)：當溶液酸度值接近生物炭的等電荷點pH值時，生物炭對六價鉻的吸附量最大；當溶液pH值與等電荷點相差較大時，生物炭和Cr（Ⅵ）產(chǎn)生排斥作用，吸附量下降。除此之外，吸附劑用量、吸附平衡時間、所吸附物質(zhì)的理化性質(zhì)對吸附的影響也不可忽視。

4 展望

生物質(zhì)熱解以前多用于制備生物油和生產(chǎn)可燃氣，關(guān)于生物質(zhì)炭化作為吸附材料的研究近些年才逐漸增多。生物質(zhì)熱解炭化的反應(yīng)條件要求較低，可在常壓、熱解溫度較低的條件下進行，熱解儀器設(shè)備

及其操作較簡單。運用該方法制備的生物炭由于其獨特的理化特性用途廣泛，對減排增匯、改善環(huán)境污染問題起到很大的作用。然而，目前對生物炭的研究多是關(guān)于某一種炭對某一類污染物的吸附，缺乏全面且具有普適性的系統(tǒng)研究。未來可以對孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙分布和官能基團等對生物炭吸附性能有較大影響的因素進行深入研究，通過優(yōu)化源頭調(diào)質(zhì)（調(diào)節(jié)生物質(zhì)的組分纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素的比例）和低溫預(yù)氧化技術(shù)來制備最理想的生物炭，以達到吸附最優(yōu)化。此外，農(nóng)業(yè)、林業(yè)和城市有機廢棄物不同種類生物質(zhì)協(xié)調(diào)制備生物炭時各組分之間是否相互影響、制備的生物炭在吸附過程中是否產(chǎn)生相互作用等也有待進一步分析研究。