Page 17 - 《精细化工》2022年第2期
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第 2 期                      王   博，等:  球磨改性生物炭在环境修复中的应用进展                                  ·221·


            利于吸附剂的高效应用           [47] 。XIAO 等 [48] 发现，以牛       分别提高 93.91%、75.56%和 64.61%，该球磨改性
            骨粉为原料制备的含氮球磨改性生物炭，其比表面                             生物炭的去除性能远优于植物质废弃物衍生生物
            积和微孔面积均显著提高，吸附重金属能力增强，                             炭，表明动物骨生物炭在重金属去除方面更具竞争
            对 Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和 Pb(Ⅱ)吸附量分别为 165.77、                 力。现有球磨生物炭对重金属污染的去除研究主要
            287.58 和 558.88 mg/g，比原始未改性生物炭吸附量                  聚焦于水体，而对土壤重金属的研究较为欠缺。

                                               表 3   球磨改性生物炭去除重金属
                                   Table 3    Removal of heavy metals by ball milling modified biochar
                                    污染物及其初始                  饱和吸附量                                       参考
             生物炭来源        制备方法                                                       球磨改性生物炭的特征
                                    质量浓度/(mg/L)    原始未改性生物炭         球磨改性生物炭                              文献
             蔗渣、竹子、 生物炭与磨球质           Ni(Ⅱ)，50   蔗渣为 37.4 mmol/kg； 蔗渣为 378 mmol/kg； 内、外比表面积以及带电表面        [8]
             山核桃木片  量比 1∶100，干                   竹子为 37.7 mmol/kg； 竹子为 396 mmol/kg； 官能团增加，促进静电作用，
                       磨 3 h                     山核桃木片为 26.7 mmol/ 核桃木片为 231 mmol/ 阳离子-π 键作用及表面络合
                                                 kg               kg               作用
              玉米秸秆     生物炭+零价铁，       Cr(Ⅵ)，30   5.7 mg/g         29.3 mg/g        生物炭粒径较小，与零价铁结 [49]
                       N 2 下干磨                                                     合紧密，有效提高去除效率
              杨树木片     生物炭+3-巯基丙      Hg(Ⅱ)，5    Hg(Ⅱ)为 105.7 mg/g； Hg(Ⅱ)为 320.1 mg/g；更大比表面积，更多官能团以 [50]
                                                                       +
                                           +
                                                      +
                       基 三甲氧 基硅       CH 3Hg ，1   CH 3Hg 为 8.21 mg/g   CH 3Hg 为 104.9 mg/g 及表面负电荷，更多效巯基
                       烷，湿磨                                                        负载
               山核桃     生物炭与膨胀蛭 As(Ⅴ)，1~200  不吸附                   20.1 mg/g        比表面积和孔体积增大，结晶 [51]
                       石质量比 1∶4，                                                   度显著变化，阳离子被活化以
                       干磨                                                          及官能团增加更多，使其对
                                                                                   As(Ⅴ)的吸附能力增强

                 国内外学者通过 SEM、XPS、FTIR、XRD 等表                   3.3   新兴有机污染物的去除
            征分析，结合吸附等温线、吸附动力学以及吸附热                                 近年来，药品及个人护理品等新兴有机污染物
            力学等探究了球磨改性生物炭去除重金属的机制。                             对环境和人类健康的影响引起广泛关注                  [52] 。表 4 总
            球磨改性生物炭对重金属的去除机制如图 3 所示，                           结了球磨改性生物炭对新兴有机污染物的去除性能
            主要包括：（1）表面酸性官能团（如羧基、内酯、                            及特点。由表 4 可见，球磨改性生物炭对该类污染
                                                    +
            羟基等）的络合作用；（2）表面阳离子（K 、Ca                     2+    物具有较好的去除效果。球磨生物炭增加的含氧官
            等）交换；（3）重金属与球磨改性生物炭上的碳酸                            能团对极性药剂（如磺胺类药物）具有亲和力，可形
            盐、硫酸盐、磷酸盐沉淀；（4）静电作用；（5）阳                           成氢键，进而提高生物炭的去除能力。HUANG 等                    [53]
            离子-π 键作用等。对重金属的去除过程中，通常是                           进行了生物炭去除抗生素的实验，发现球磨改性生
            多种机制共同控制，生物炭原材料、球磨处理方式                             物炭对磺胺甲唑的去除率为 83.3%，对磺胺吡啶的
            及参数不同，去除重金属的主导机制会有所差异。                             去除率为 89.6%，而原始未改性生物炭对磺胺类抗
                                                               生素几乎没有去除作用。NAGHDI 等               [54] 研究发现，
                                                               球磨改性生物炭较高的比表面积提高了其对有机材
                                                               料的吸附亲和力，对水中卡马西平的去除率可达
                                                               95%，而原始未改性生物炭去除率≤14%。球磨松木
                                                               生物炭的平均粒径为 60 nm，其微孔比表面积发达，
                                                               对各种有机污染物（如酚类化合物、多芳香烃、农
                                                               药和除草剂）具有较好的吸附能力。ZHANG 等                     [35]
                                                               研究发现，与未改性原始生物炭相比，球磨改性生物
                                                               炭对合成麝香的吸附增强，并且与低温生物炭（300  ℃
                                                               热解）相比，高温生物炭（500 和 700  ℃热解）具
                                                               有更强吸附性。此外，有研究发现，生物炭与磁铁
                                                               矿制备的磁性球磨生物炭与传统多孔吸附剂相比，其

                                                               对卡马西平和四环素的吸附速度更快、吸附容量更
                  图 3   球磨改性生物炭对重金属的去除机制                                                     [55]     [56]
            Fig. 3    Removal mechanisms of heavy metals by ball milling   大，且可提高吸附剂的分离性能      。LI 等     研究
                   modified biochar                            发现，磁性球磨改性生物炭与原始未改性生物炭相
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