Page 50 - 《精细化工》2022年第1期
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·40·                              精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

            物质炭，一方面可以改善生物质炭材料的孔道结构，                            能团和正电荷      [64] ，但磁性颗粒可能堵塞生物质炭孔
            对其吸附性能产生协同效应，另一方面，也可使其                             道形成闭孔，损失部分活性比表面积，故未来研究
            在外部磁场下实现高效快速固液分离。因此，生物                             可在充分保留孔道结构的基础上，依据其单层吸附
            质磁性炭作为一种廉价高效、易被分离回收的吸附                             机制及吸附作用力类型，定向构建有效结合位点。
            剂，在去除废水中的重金属离子、有机染料、废油、                            4.2   有机染料
            药物等方面都具有广阔的应用前景。                                       研究表明，生物质磁性炭具有较大的比表面积
            4.1    重金属离子                                       和多种表面官能团，在染料等有机污染物治理领域
                 随着工业、农业废水的排放，水体重金属污染                          同样有广阔的应用前景          [65] 。其主要是通过氢键作用、
            已成为全球性的污染问题。水体重金属污染主要是                             静电作用等去除环境中有机染料（图 6，其中，EDA
            指生物毒性显著的 Hg（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）、Pb（Ⅱ）、                        为电子受体-供体相互作用）            [66] 。
            Cd（Ⅱ）、As（Ⅴ），还包括具有毒性的重金属 Zn
            （Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Co（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、V（Ⅴ）等                [60] 。
            生物质磁性炭相较于传统吸附剂，因其特殊的孔隙
            结构、大的比表面积、来源丰富的原料和易于分离
            的特点，引起了人们的高度关注。其对重金属离子
            的吸附机制有表面吸附、沉淀作用、络合作用等（图
            5） [61] 。





                                                                                R 为烃基或烷基
                                                                   图 6   生物质磁性炭对有机染料的吸附机理             [66]
                                                               Fig. 6    Adsorption mechanism of organic dye by magnetic
                                                                     biochars [66]

                                                                   SUN 等  [67] 发现，Fe 2 O 3 纳米颗粒的引入降低了
                                                               生物质炭表面的 Zeta 电位，增强了带负电荷的生物
                                                               质炭与阳离子染料结晶紫之间的静电作用，提高了
                                                               生物质炭对染料结晶紫的吸附能力，且在生物质炭
                                                               表面具有均匀的吸附位点，最大吸附量为 349.4 mg/g。
                                                               在外加磁场下，生物质磁性炭易于从水体中固液分
                                                                         [68]
                              R 为烃基或烷基                         离。GUO 等     采用水热法制备了磁性稻壳生物质炭
                图 5   生物质磁性炭对重金属离子的吸附机制              [61]      复合材料，用于去除水溶液中的菲，与原生生物质
            Fig. 5    Adsorption mechanism of heavy metalions by magnetic   炭相比，磁改性后的生物质炭比表面积、孔隙度和
                   biochars [61]
                                                               疏水性均有显著提高，且对菲的吸附速率加快，1 h
                 ZHOU 等  [62] 以玉米秸秆为原料制备了 Mn-Fe 二              内便达到吸附平衡，吸附能力更强，最大吸附量为
            元氧化物纳米颗粒负载的生物质磁性炭，发现负载                             97.6 mg/g。
            的纳米颗粒提升了生物质炭对两种重金属的吸附效                                 对染料等有机污染物而言，磁性介质的引入可
            果，磁化前后生物质炭对 Cu(Ⅱ              )的最大吸附量由             以提升生物质炭表面官能团的丰富度（尤其是含氧
            21.7 mg/g 提升至 64.9 mg/g，而对 Cd(Ⅱ      )的最大吸         官能团），提高材料比表面积并改善其孔隙率和均质
            附量由 28 mg/g 提升至 101 mg/g。YAP 等        [63] 利用微     分布等结构特性，从而提高材料对有机染料的吸附
            波技术，以椰子壳等废弃材料为原料，利用微波技                             效能。但其挑战在于染料分子空间构型、构象、官
            术合成了新型生物质磁性炭，发现当 IR 为 0.5、微                        能团荷电状态等本征性质的多样性，对生物质磁性
            波功率为 800 W、微波加热时间由 15 min 延长至                      炭的表面官能度、孔隙结构要求各不相同，未来研
            20 min 时，生物质磁性炭对亚甲基蓝的吸附量由                          究需对各吸附作用力贡献程度进行定量，合理设计
            59.23 mg/g 增大至 167.25 mg/g。                        关键材料特性。
                 与生物质炭相比，负载磁性金属颗粒的生物质                          4.3   废油
            磁性炭具有未配位原子和不饱和键，易与重金属离                                 近年来，石油泄露给水体生物及水体环境造成
            子结合。磁性介质的引入增加了生物质炭表面的官                             严重污染与损害。石油的主要成分包含多种烃类（正
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