Page 16 - 《精细化工》2022年第2期
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·220·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

                                                               稳定性，其比原始未改性生物炭具有更高碳封存潜
            3   球磨改性生物炭对环境污染物的去除及                              力（高达 95.59%）。XU 等       [44] 利用 450  ℃热解的山

                机制                                             核桃木生物炭与 NH 4 OH 球磨制备含氮球磨生物炭，
                                                               形成机理如式（1）、（2）所示，实验证明，含氮球
                 由于球磨技术提供了生物炭基新材料制备的新
                                                               磨生物炭对 CO 2 吸收量比原始生物炭高 55.2%。改
            途径，应用于生物炭的改性增强了原始未改性生物
                                                               性增加了生物炭的碱度和表面吸附位点，并引入更
            炭独特的性能优势，使球磨改性生物炭运用于各种
                                                               多正电荷，增加的含氮基团（如—NH 2 、—C≡N）
            环境污染修复的效果更加显著。球磨改性生物炭的
                                                               进一步增强了其对 CO 2 的吸附性能，如图 2 所示。
            应用已成为环境修复的重要实践。本节将对球磨改
                                                               XIAO 等  [45] 将 SiO 2 、沸石等矿物与生物炭球磨，会
            性生物炭在环境修复中对碳中和以及污染物〔挥发
                                                               在热解过程中通过熔融和烧结改变生物炭的物理化
            性有机化合物（VOCs）、重金属污染、新兴有机污
                                                               学性质及结构组成，使其更适用作 CO 2 吸附剂和土
            染物、富营养物质等〕的去除及机制进行阐述，并对
                                                               壤改良剂。上述研究表明，基于球磨改性制备的生物
            球磨生物炭在其他领域的拓展应用进行简要概述。
                                                               炭可以开发低成本、高效率的碳中和技术。
            3.1  VOCs 的去除与碳中和
                                                                                    -  HO          -  HO
                                                                                                     2
                                                                                      2
                 现有研究表明，球磨改性生物炭可用于丙酮、                             —COOH NH H O  3   2    COO NH   4   —  （1）
            乙醇、氯仿、环己烷和甲苯等 VOCs 的高效去除。                             —  CO—  NH  - HO  C   —  N
                                                                               2
                                                                              
            XIANG 等  [39] 对山核桃木球磨改性生物炭去除 VOCs                               2
                                                                                       - 2H 2 O
            的研究中发现，球磨改性生物炭对 VOCs 的吸附量                                  —  OH NH H O      —  NH       （2）
                                                                                 3  2           2
            比原始未改性生物炭增加了 1.3~13.0 倍，对丙酮最
            大吸附量可达 103.4 mg/g。ZHUANG 等         [40] 研究发现，
            球磨改性生物炭比表面积增加是疏水性 VOCs 吸附
            增强的主要原因，其对 VOCs 的吸附量是原始未改
            性生物炭的 1.7 倍。此外，ZHANG 等            [41] 对球磨生物
            炭利用 H 2 O 2 和 NH 4 OH 分别进行改性，发现改性后
            两种球磨生物炭都表现出更高酸性和极性，对 VOCs

            吸附量分别为 100.07~111.79 和 110.49~130.21 mg/g，         图 2  NH 4 OH 球磨改性生物炭吸附 CO 2 的过程示意图          [44]
            对苯系物表现出最佳的吸附性能，原始未改性生物                             Fig. 2    Schematic diagram of CO 2  adsorption process of
                                                                      NH 4 OH modified biochar by ball milling  [44]
            炭对 VOCs 的吸附量为 10.96~36.34 mg/g。上述研究
            表明，球磨改性为生物炭引入含氧官能团并增加其                             3.2   重金属的去除
            极性，通过偶极-偶极吸引和氢键作用促进了极性                                 由于球磨改善了生物炭的结构与性质，表 3 总结
            VOCs（如丙酮、乙醇和氯仿）在生物炭上的吸附，                           了球磨生物炭去除水中重金属的性能和特点。LYU
            而生物炭比表面积增加有利于疏水性 VOCs（如甲                           等 进行了球磨与未球磨改性生物炭去除 Ni(Ⅱ)的
                                                                 [8]
            苯）向生物炭中的吸附位点扩散。球磨生物炭在                              对比实验，结果表明，球磨改性生物炭对 Ni(Ⅱ)的
            VOCs 控制方面具有很大潜力，然而，球磨生物炭吸                          去除效果较原始未改性生物炭优异，球磨增加了生
            附气体后的稳定性及后续废弃吸附剂的利用研究较                             物炭内、外比表面积，特别是外比表面积显著增加，
            为缺乏。                                               进而提高了球磨改性生物炭的吸附能力，且吸附量
                 生物炭主要来源于农作物、林业树木等植物，                          与 pH 在一定范围内呈正相关性。LYU 等 认为，
                                                                                                     [8]
            其生产就是一种有效的碳中和技术。CO 2 由植物光                          在溶液 pH 较低（pH<4.0）时，由于静电排斥作用，
            合作用从大气提取，植物燃烧后得到的生物炭在土                             球磨改性生物炭表面正电荷会阻碍带正电的 Ni(Ⅱ)
                                                                               +
            壤中 C—C 键不会分解，因此生物炭携带非常稳定                           吸附，此外大量 H 会与 Ni(Ⅱ)竞争球磨改性生物炭
                                                                                                    –
            的碳，安全储存在土壤中，有利于碳中和                    [42] 。通过     表面阳离子结合位点，pH 较高条件下 OH 会与其活
            球磨改性的生物炭颗粒粒径减小、比表面积增加、                             性位点产生竞争，不利于吸附              [46] 。有研究表明，球
            并引入新的官能团，具有更高效的碳汇作用。                               磨明显提高了麦草生物炭去除 Pb(Ⅱ)的能力，并且
            AHMAD 等    [43] 以枣椰废弃物生物炭和 SiO 2 为原料，              发现当吸附剂用量较低时，球磨强化 Pb(Ⅱ)的离子
            通过球磨得到 SiO 2 球磨生物炭，发现球磨使复合材                        交换，而吸附剂用量增加时，由于离子交换与沉淀
            料异质结结构变化，Si—C 键将非晶态 SiO 2 与生物                      之间存在竞争，这种离子交换的吸附机制将减弱，
            炭颗粒结合在一起阻止了碳热降解，进而提高碳的                             可采用较低吸附剂用量实现较高离子交换作用，以
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