Page 51 - 《精细化工》2022年第1期
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第 1 期 庞 杰，等: 木质纤维素生物质磁性炭的水处理应用进展 ·41·
构烷烃、支链烷烃、芳烃、脂环烃）及少量其他有 的催化活化与催化石墨化功能，可有效消除表面官
机物（硫化物、氮化物、环烷酸类等)，其中含有多 能团与缺陷，并提升石墨化程度，同时磁性介质形
种有毒有机物，如 PAHs（多环芳烃）、BTEX（四苯： 成的微纳米结构增加材料的表面粗糙度，进一步赋
苯、甲苯、乙苯、二甲苯）和酚类等，其成分相当 予其疏水亲油特性 [71-72] 。生物质磁性炭吸附废油的
复杂 [69] 。生物质磁性炭主要通过毛细管力和范德华 挑战在于如何保持炭材料本身丰富的孔隙结构，尤
力吸附废油。废油与其他几类污染物的最大区别在 其是微孔、介孔结构，未来研究可重点关注磁性颗
于其非极性的分子特性，要求生物质磁性炭具有良 粒在炭表面的原位成核、生长过程与机制。
好的亲油疏水能力。 4.4 药物废水
邸鑫 [70] 以废弃杨木粉为原料，利用聚氨酯湿固 药物废水极大威胁人类赖以生存的环境，对药
化特性在木粉颗粒表面构建微纳米粗糙结构的同 物废水中四环素、磺胺甲唑等药物污染物的处理也
时负载 Fe 3 O 4 磁性纳米颗粒，制备得到生物质磁性 渐渐成为一大热点。而廉价、高效、易回收的生物
炭用于油水分离，发现该疏水/亲油材料在磁力搅拌 质磁性炭吸附剂无疑给药物废水的处理带来了一种
下能够有效分离水包甲苯乳液，处理后溶液油分的质 解决思路。以四环素为例，生物质磁性炭吸附药物
量分数下降 97.6%，滤液水的质量分数为 99.96%。 废水中的药物污染物机制有氢键作用、π-π 共轭作
铁、钴、镍等磁性介质在炭化过程中具有良好 用、静电相互作用、孔隙填充等（图 7） [73] 。
R 为烃基或烷基
图 7 生物质磁性炭吸附四环素机理 [73]
Fig. 7 Adsorption mechanism of tetracycline on magnetic biochars [73]
SHAN 等 [74] 以椰子壳、松子壳、核桃壳为生物 作用力进行定量评估，合理设计材料特性。
质炭原料，并与铁氧体进行球磨法物理共混，制得 5 生物质磁性炭吸附热力学与吸附动力学
一种吸附材料，其对卡马西平和四环素的最大吸附
量分别为 62.7、94.2 mg/g。FEBELYN 等 [75] 采用氧 生物质磁性炭材料的吸附动力学研究可以为研
化水解法将 Fe 3 O 4 负载到松木屑表面，制备了生物 究化学吸附和吸附催化反应机理提供参考，对污染
质磁性炭并用于磺胺甲唑的吸附，发现该材料对 物的去除过程研究具有重要意义。等温条件下，多
磺胺甲唑的吸附主要通过疏水作用，且材料的吸 孔吸附剂的吸附可以分为 3 个基本过程：吸附质分
附容量与 Fe 3 O 4 的含量呈负相关。这是因为生物质 子在粒子表面的薄液层中扩散、细孔扩散和表面扩
炭上的亲水性 Fe 3 O 4 导致其可吸附疏水性药物的位 散、吸附质分子吸附在细孔内的吸附位上。对于生
点减少。 物质磁性炭等多孔吸附剂，大孔、介孔、微孔之间
生物质磁性炭处理典型药物与处理有机染料在 往往相互连通，吸附质依序逐次扩散至微孔表面。
吸附机制、吸附热力学、吸附动力学等方面有诸多 因此，半径大的孔中，表观吸附速度快；半径小的
共性，未来研究需对吸附剂与吸附质间的关键吸附 孔中，表观吸附速度慢。微孔内吸附速度由扩散速
