Page 45 - 《精细化工》2021年第7期

第 7 期 王燕杉，等: 沼渣生物炭在水处理中的应用进展 ·1327·

此外，水热法适用于含水率较高的原料，可节 纤维素交错互联的刚性结构 [28] ，可提高炭化过程的
省预干燥的能耗。热解法制备的沼渣炭与水热法相 传质通量，易形成较发达的孔隙结构。与原料炭相
比，具有更高的灰分含量、芳香性、pH、比表面积 比，虽然沼渣炭具有较大比表面积、孔体积、阴阳
和孔体积等。高灰分中富含金属离子、氧化物及复 离子交换能力和适宜表面电荷，有利于吸附去除污
合盐等物质，对重金属、无机离子的吸附能力和亲 染物 [12-13] 。但纯沼渣炭作为碳基功能水处理材料仍
和力较高，而水热沼渣炭具有较高的产率、热值和 存在缺陷，例如：多孔性和活性差，导致其水处理
丰富的含氧基团 [26] ，多数研究集中在燃料性能以及 性能受限。为了克服上述缺点，学者们通过一系列
能量回收 [14,27] 。 改性方式见图 1，如：酸碱改性、醇改性、矿物络
2.2 沼渣生物炭的改性 合、磁改性和氨基改性等增强其功能（如增大比表
沼渣经过厌氧消化后，一定程度上打破了木质 面积、孔体积，增加官能团种类和浓度等） [29] 。

图 1 沼渣炭改性方式示意图
Fig. 1 Schematic diagram of digestate-derived biochar modification

3+
目前，已报道的沼渣炭活化剂主要有酸（HCl、 性的沼渣炭比表面积提高了 4.2 倍，对 As 具有最大吸
H 2SO 4）、碱（KOH、NaOH）、盐（MgCl 2、AlCl 3、FeCl 3、 附量（27.67 mg/g）。虽然，活化有利于形成中孔或大
NaCl、Na 2CO 3）等 [3,9,25,30-31] 。表 2 汇总了常用改性活 孔，但高成本或使用腐蚀性化学品在一定程度上限制
[32]
化剂对沼渣炭的改性，及其对污染物去除性能。如： 沼渣炭的应用。此外，TANG 等 将秸秆沼渣 H 3 PO 4
3+
As 在水中主要以不带电荷的 H 3AsO 3 存在，无法通过 活化后在 250 ℃下获得的水热炭加入 0.1 mol/L Fe(Ⅱ)
[9]
吸附有效去除。基于此，XIA 等 将等量猪粪沼渣与 和 0.01 mol/L Ni(Ⅱ)溶液，合成 Ni/Fe 负载的沼渣炭
2+
不同活化剂（NaOH、KOH、ZnCl 2 、AlCl 3 、FeCl 3 ） 在 1 h 内对 Pb 的去除率达 99%，而未改性沼渣炭吸
混合热解制备沼渣炭。结果发现，700 ℃下 ZnCl 2 活 附 10 h 后去除率仅 20%。Ni/Fe 负载显著提高了沼渣
2+
2
化后的沼渣炭比表面积最大（516.67 m /g），相比未改 炭对 Pb 的去除率，且吸附量最高达 417.40 mg/g。

表 2 沼渣炭的活化改性
Table 2 Activation and modification of digestate-derived biochar
2
沼渣炭原料 活化改性 沼渣炭比表面积/（m /g） 污染物 最大吸附量/（mg/g） 参考文献
猪粪 ZnCl 2 516.67 As 3+ 27.67 [9]
+
猪粪 KOH 167.88 NH 4–N 48.89 [16]
2+
秸秆 Fe 3O 4 79.64 Cu 2+ 75.76(Cu ) [31]
2+
2+
Pb 181.82(Pb )
秸秆 H 3PO 4 活化，Ni/Fe 负载 — Pb 2+ 417.40 [32]
园林+蔬菜 FeCl 3 + MgCl 2 — PO 4 3– 70 [24]
污泥 H 2O 2 7.90 Pb 2+ 25 [33]
城市固废 H 2O 2 — Pb 2+ 90 [33]
注：“—”代表文献未提及。