鐘曉曉+王濤+原文麗+劉永紅

摘 要 生物炭是生物質(zhì)材料在隔絕空氣的條件下經(jīng)高溫?zé)峤饣蛘咚疅崽蓟ǖ玫降母惶嘉镔|(zhì)，在可持續(xù)能源、農(nóng)業(yè)土壤改良和環(huán)境修復(fù)等方面應(yīng)用廣泛.本文對(duì)生物炭的制備及改性，生物炭改善土壤質(zhì)量、去除環(huán)境中污染物等進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)生物炭的研究前景和方向進(jìn)行展望，旨在為生物炭的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考.

關(guān)鍵詞 生物炭；環(huán)境效應(yīng)；應(yīng)用；改性；展望

中圖分類(lèi)號(hào) S156.2；X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-2537（2017）05-0044-07

Progresses of Preparation， Modification and Environmental Behavior of Biochar

ZHONG Xiao-xiaoa， WANG Taoa， YUAN Wen-lia， LIU Yong-honga，b*，

ZHU Junb， FU Qing-lingb， HU Hong-qingb

（a.College of Science， b.College of Resources and Environment， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China）

Abstract Biochar is a kind of carbon-rich substances which are obtained from all biomass at the high-temperature pyrolysis under oxygen-limited conditions or hydrothermal carbonization. It has been widely applied in sustainable energy， agricultural soil improvement and environmental restoration. In this paper， we review the preparation of biochar and different modification methods， soil quality improvement and pollutants removal. Furthermore， we discuss the core issues to be addressed in the prospective and further studies of biochar. This work should shed lights on the basic understanding of the theoretic foundation for the biochar research and its future applications.

Key words biochar； environmental effect； application； modification； perspective

生物炭（Biochar）是由生物殘?bào)w在缺氧或含氧量低的情況下，經(jīng)過(guò)高溫慢速熱解（<700 ℃）或者水熱碳化法制備的一類(lèi)難熔、穩(wěn)定、芳香化程度高、碳素含量豐富的固態(tài)物質(zhì)[1-2].一般認(rèn)為，黑炭（Black char）的范疇內(nèi)包含生物炭，按照生物質(zhì)來(lái)源的不同，生物炭可以分為竹炭、木炭、稻殼炭、動(dòng)物糞便炭、秸稈炭等[3].近幾年來(lái)關(guān)于生物炭在土壤肥力改良、大氣碳匯減排以及土壤污染修復(fù)等方面的研究很多[3-4].施入土壤中的生物炭會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)大的土壤碳結(jié)合體，該碳結(jié)合體具有碳負(fù)性，可以將大氣中的二氧化碳儲(chǔ)存于高度抗性的土壤碳庫(kù)中，從而減輕溫室效應(yīng)造成的環(huán)境影響[3].同時(shí)，施用生物炭的土壤營(yíng)養(yǎng)持久性增強(qiáng)、總的需肥量減少，可減輕氣候和環(huán)境對(duì)作物造成的不良影響[5].生物炭還作為環(huán)境友好型材料用于處理土壤及水體中的重金屬、有機(jī)污染物等，并取得了較好的成效[1，6].目前大多數(shù)研究使用的生物炭是將不同生物質(zhì)原材料在隔絕氧氣的情況下直接熱解得到.近幾年“engineered/modified biochars”開(kāi)始被關(guān)注，就是指在生物炭的制備過(guò)程中通過(guò)對(duì)其表面進(jìn)行修飾或者用化學(xué)試劑處理得到的改性生物炭[7].生物炭通過(guò)改性（或者功能化）后，可以顯著提高或改進(jìn)對(duì)污染物的吸附性能[8]，且成本低[9].

本文對(duì)近些年文獻(xiàn)中生物炭的不同制備和改性方法、生物炭及其改性材料對(duì)環(huán)境污染物的處理、生物炭對(duì)土壤質(zhì)量的影響等進(jìn)行總結(jié)，并分析了今后生物炭研究的前景和方向，旨在對(duì)生物炭的后期研究提供借鑒，為生物炭技術(shù)的推廣及實(shí)際應(yīng)用提供參考.

1 生物炭的制備與改性

1.1 生物炭的制備

由生物質(zhì)原料制備生物炭的方法主要有熱解法和水熱碳化法，其中熱解法又可分為慢速熱解、快速熱解和高溫限氧氣化法[2，10-11].慢速熱解法是生物炭制備文獻(xiàn)中最常見(jiàn)的一種方法，通常在20～100 ℃·min-1的速率下熱解，最高溫度在600 ℃以?xún)?nèi)，得到氣、液、固三相熱解產(chǎn)物.快速熱解法是在100～1 000 ℃·s-1的速率下快速熱解，最高溫度控制在650 ℃以?xún)?nèi)，得到固體生物炭和液體油為主.高溫限氧氣化法是在高溫（800～1 400 ℃）和限氧的條件下將含碳生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO和H2，以及部分固體生物炭，其主要產(chǎn)物是氣體.水熱碳化法是將富碳生物質(zhì)在一定溫度（160～220 ℃，300～350 ℃）的水中，在一定壓力（12～20 MPa）的條件下保持一定時(shí)間而得到的含碳材料[11]，這種制備生物炭的方法并不常見(jiàn).此外還有微波熱解法制備生物炭，該方法是將含有一定水分的生物質(zhì)原料慢速熱解得到大顆粒生物炭[10].這幾種制備方法因?yàn)闊峤獠牧?、熱解方式、熱解溫度等不同，得到的生物炭性質(zhì)有較大的差異.endprint

生物炭獨(dú)特的性質(zhì)——較大的表面積、多孔的結(jié)構(gòu)、表面豐富的官能團(tuán)為其吸附重金屬和有機(jī)污染物提供了可能.孫紅文等[10]研究了玉米秸稈和豬糞生物炭治理重金屬Cd，Cr，Hg和Pb污染的土壤，結(jié)果表明這兩種生物炭均能有效地促進(jìn)油麥菜的生長(zhǎng)，而且油麥菜的地上可食用部分重金屬含量均有不同程度的下降，對(duì)土壤中多種重金屬污染均有較好的改良.而Zhang等[12]研究了生物炭的結(jié)構(gòu)對(duì)農(nóng)藥的吸附和催化水解作用，指出生物炭的孔填充作用、專(zhuān)性吸附和親合作用是吸附農(nóng)藥的主要因素，而其中的灰分產(chǎn)生的金屬離子和礦物表面對(duì)有機(jī)物的催化降解起重要作用.

1.2 生物炭的改性

生物炭具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、較大的比表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu)，可被廣泛應(yīng)用于污染控制，卻面臨污染物吸附量有限和吸附選擇性差的問(wèn)題.因此，為增強(qiáng)生物炭的吸附能力和對(duì)污染物的選擇性，針對(duì)生物炭進(jìn)行有目的的改性研究逐漸獲得了廣泛的關(guān)注[7-8].生物質(zhì)材料改性的主要目的是對(duì)原材料或者生物炭進(jìn)行處理，改變其表面理化性質(zhì)，增加活性官能團(tuán)的數(shù)目和種類(lèi)以及生物炭的表面積，從而有利于對(duì)污染物的吸附.生物炭的改性方法主要有以下幾種.

1.2.1 氧化劑活化 氧化劑活化主要是將生物炭在氧化劑中浸漬，使生物炭表面的含碳物質(zhì)被氧化，得到的改性生物炭比未處理的生物炭表面含氧官能團(tuán)增多，利于對(duì)目標(biāo)污染物的吸附，而對(duì)污染物的吸附能力大小極大程度上依賴(lài)于污染物和生物炭表面的靜電引力和擴(kuò)散作用.張揚(yáng)等[13]以農(nóng)業(yè)廢棄物玉米芯作為原材料，經(jīng)過(guò)限氧熱裂解（600 ℃）制備的生物炭分別采用HCl，H2O2和HNO3進(jìn)行改性，研究表明經(jīng)HNO3改性的生物炭表面酸性含氧官能團(tuán)增加，使其對(duì)氨氮的吸附能力顯著提高.Gokce等[14]利用廢茶葉為原材料制備的生物炭用HNO3浸漬，結(jié)果表明改性后生物炭表面的含氧官能團(tuán)增加，對(duì)亞甲基藍(lán)和苯酚的吸附能力均增加.Xue等[15]將花生殼采用H2O2水熱炭化制備改性生物炭去除水中的重金屬，發(fā)現(xiàn)生物炭表面的羧基等含氧官能團(tuán)增多，對(duì)鉛的吸附量達(dá)到22.82 mg·g-1，是未活化生物炭的20倍.Fang等[16]發(fā)現(xiàn)將松針、小麥秸稈和玉米秸稈熱解制備的生物炭用H2O2活化后能有效地降解2-氯聯(lián)苯，主要是由于活化后生物炭表面產(chǎn)生了羥基自由基.Huff等[17]將松木在400 ℃下熱解制備的生物炭用不同濃度的H2O2活化，低濃度H2O2活化后生物炭表面由于引入酸性含氧官能團(tuán)，導(dǎo)致改性生物炭的陽(yáng)離子交換量增大，對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附能力增強(qiáng)；但隨著H2O2濃度的增加，改性生物炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附能力減弱，主要原因是含氧官能團(tuán)的增加弱化了生物炭和亞甲基藍(lán)之間的π-π相互作用導(dǎo)致結(jié)合能力降低.

1.2.2 金屬離子活化 采用金屬離子浸漬得到的改性生物炭，表面會(huì)形成一些金屬氧化物，由于具有較大的表面積和活性吸附位點(diǎn)，它們對(duì)污染物的處理能力有較大的提高.改性生物炭界面上的各種活性點(diǎn)位通過(guò)靜電引力、離子交換等與被吸附的物質(zhì)發(fā)生作用.Wang等[18]將松針和天然赤鐵礦混合進(jìn)行熱解，得到的生物炭對(duì)水溶液中As的去除能力增強(qiáng)，可能是由于生物炭表面負(fù)載的α-Fe2O3 顆粒通過(guò)靜電相互作用提供吸附位點(diǎn).Zhang等[19-20]使用MgCl2和AlCl3溶液制備biochar/MgAl-LDH，并用Al鹽處理生物炭，得到的改性生物炭能有效去除溶液中磷酸根、亞甲基藍(lán)和As，效果較好.Lee等[21]利用超臨界技術(shù)將乙酰丙酮錳和商業(yè)活性炭混合，在280 ℃，13 MPa下改性，在商業(yè)活性炭上形成錳氧化物，對(duì)于重金屬鉛和銅的吸附效果很好.Fan等[22]用浸漬硝酸錳和硝酸的方法對(duì)活性炭進(jìn)行改性，對(duì)銅和鎘的吸附能力增強(qiáng).Wang等[23]在硝酸錳以及高錳酸鉀溶液中將松木生物炭浸漬改性，形成的錳氧化物和生物炭復(fù)合材料對(duì)重金屬鉛的吸附量比未改性的生物炭大得多.Agrafioti等[24]用Ca2+和Fe2+/Fe3+對(duì)稻殼、污泥等制備的生物炭進(jìn)行處理，改性后對(duì)As的去除率均比未處理的高，且除了FeO改性稻殼的生物炭之外，其他改性生物炭對(duì)As的去除率均達(dá)到95%以上.

1.2.3 高分子材料/表面活性劑活化 采用表面活性劑對(duì)生物炭進(jìn)行處理，可以修飾生物炭表面的官能團(tuán)，增加吸附位點(diǎn)，利于對(duì)目標(biāo)物的吸附.Zhou等[25]采用殼聚糖對(duì)生物炭進(jìn)行改性，制備出一種對(duì)環(huán)境中的重金屬有良好吸附效果的低成本吸附劑，還可作為土壤改良劑.相對(duì)于未改性的生物炭，殼聚糖改性后的生物炭增強(qiáng)了對(duì)溶液中Pb2+，Cu2+及Cd2+的去除能力，主要是由于改性后生物炭表面的氨基官能團(tuán)和多種金屬離子有較強(qiáng)的結(jié)合能力.Choi等[26]研究了使用陽(yáng)離子型表面活性劑改性活性炭對(duì) Cr（VI）的吸附，發(fā)現(xiàn)使用十六烷基三甲基銨改性的生物炭比用十六烷基吡啶改性的生物炭對(duì)Cr（VI）的吸附能力高，用陽(yáng)離子表面活性劑改性的生物炭增強(qiáng)了對(duì)Cr（VI）的吸附速率和吸附能力.

1.2.4 酸堿活化 酸堿活化主要是通過(guò)酸堿處理之后，使生物炭的表面官能團(tuán)和比表面積發(fā)生變化，增加含氧官能團(tuán)的種類(lèi)和數(shù)量，從而利于與目標(biāo)物的結(jié)合.在生物質(zhì)熱解之前進(jìn)行厭氧消化，得到的生物炭對(duì)磷和重金屬表現(xiàn)出較強(qiáng)的固定作用.Niandou等[27]發(fā)現(xiàn)將山核桃用50%（體積比，下同）H3PO4 或者25%～50%的KOH-NaHCO3溶液浸漬，400 ℃～700 ℃無(wú)氧高溫?zé)峤?，最終產(chǎn)物（PSACs）的比表面積為400～1 000 m2·g-1，孔徑分布均勻，并且表面電荷也比未處理的生物炭多，這些特點(diǎn)使它能有效地去除水溶液中的Cu2+和NO-3等無(wú)機(jī)污染物以及阿特拉津和異丙甲草胺等有機(jī)污染物.Huang等[28]將H3PO4 和水葫蘆粉末按照一定的浸漬比混合24 h后，再經(jīng)過(guò)高溫碳化得到改性生物炭，能增加鉛的吸收量.Uchimiya等[29]發(fā)現(xiàn)將棉籽制備的生物炭用H2SO4/HNO3 和30%HNO3浸漬，得到的生物炭由于表面酸性羧基官能團(tuán)增加，相比于未活化的生物炭對(duì)Pb， Cu和Zn表現(xiàn)出非常強(qiáng)的固定能力；Qian等[30]發(fā)現(xiàn)稻草生物炭經(jīng)過(guò)HNO3/H2SO4活化后由于在生物炭表面引入了羧基官能團(tuán)，額外增加了結(jié)合Al的位點(diǎn)，可作為去除酸性土壤中Al的潛在吸附劑.Yang等[31]發(fā)現(xiàn)用氨基改性的生物炭對(duì)Cu（II）有較好的吸附性能，由于改性后生物炭表面氨基官能團(tuán)增加從而使生物炭的吸附性能是改性前的5倍.Mohammadi等[32]用H3PO4和ZnCl2分別浸漬沙棘核，炭化后得到的生物炭用于鉛的去除，均取得良好效果.Jin等[33]探討了采用KOH對(duì)城市固體廢棄物進(jìn)行活化得到的生物炭和未活化生物炭對(duì)As的吸附效果，發(fā)現(xiàn)KOH活化后制備的生物炭對(duì)As的吸附量為30.98 mg·g-1，是未活化生物炭吸附量的1.3倍，是其他文獻(xiàn)報(bào)道吸附量的2～10倍，表明KOH活化可以增加生物炭的比表面積、孔容和表面官能團(tuán)等一些利于吸附As的特征.endprint

2 生物炭對(duì)土壤質(zhì)量的影響

目前，生物炭和改性生物炭主要用于土壤和水溶液中污染物（包括磷酸鹽、重金屬、有機(jī)化合物等）的去除，此外它們還可以用于農(nóng)田土壤的改良.（改性）生物炭添加到土壤中，可以改變土壤的物理性質(zhì)，如土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、孔隙分布和密度，從而潛在地影響土壤含氧量、水分保持能力、微生物種類(lèi)和數(shù)量、土壤營(yíng)養(yǎng)狀況、作物生長(zhǎng)和土壤的質(zhì)量等[34].

2.1 生物炭對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響

2.1.1 生物炭對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響 由于生物炭具有多孔結(jié)構(gòu)，將生物炭作為土壤改良劑添加到土壤中可影響土壤孔隙.Steiner等[35]認(rèn)為在土壤中施用生物炭對(duì)提高土壤結(jié)構(gòu)和性能有積極的促進(jìn)作用，可改變土壤的物理性狀，比如土壤孔隙特性、緊實(shí)度等，對(duì)其理化性質(zhì)產(chǎn)生重要影響.已有的研究表明生物炭施加到土壤中會(huì)增加土壤顆粒的總表面積，提高土壤水保持能力和土壤通氣狀況（尤其是在黏質(zhì)土壤中）.Glaser等[36]發(fā)現(xiàn)生物炭含量豐富的土壤較無(wú)生物炭土壤的田間持水量增加18%，而表面積則提高了3倍.施入土壤中的生物炭通過(guò)改變土壤比表面積、孔徑分布、密度和填充影響土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、孔隙度及相容性，這些因素對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生直接影響，因?yàn)樵诤艽蟪潭壬贤翆拥奈锢斫M成決定著根區(qū)空氣和水分的滲透深度和利用性[37].

2.1.2 生物炭增強(qiáng)土壤保水作用 土壤水分保持能力是由土壤介質(zhì)中的孔徑分布和連接性決定的，而這在很大程度上受到土壤顆粒大小、結(jié)構(gòu)特征和有機(jī)質(zhì)含量的調(diào)節(jié).Brodowski等[38]將生物炭添加到森林、草地的土壤中，結(jié)果表明生物炭可以作為微團(tuán)聚體內(nèi)的粘合劑.王紅蘭等[39]發(fā)現(xiàn)生物炭施用后能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤容重，并增強(qiáng)土壤的潤(rùn)濕性（接觸角減?。?，有利于水分的吸持，供應(yīng)植物用水需求；生物炭施用后，對(duì)徑流起主導(dǎo)作用的有效孔隙度增加，從而提高了土壤的飽和導(dǎo)水率，有利于減少地表徑流及土壤侵蝕的發(fā)生.同時(shí)，生物炭具有機(jī)械穩(wěn)定性，添加到土壤中就可能對(duì)土壤的水分保持能力和土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生持久性的影響，Glaser等[40]研究指出亞馬遜流域富含褐色炭的人為土的表面積比周?chē)寥赖谋砻娣e高3倍，土壤持水能力提高18%.

2.1.3 生物炭對(duì)土壤基本性質(zhì)的影響 生物炭作為土壤改良劑添加到土壤中可以引起土壤的pH值、電導(dǎo)率（EC）、陽(yáng)離子交換量（CEC）在一定程度上發(fā)生改變[4，34，41].生物炭一般呈堿性，將生物炭添加到土壤中可能會(huì)引起土壤pH值升高，對(duì)于改善酸性的土壤環(huán)境有一定的幫助，如木屑生物炭對(duì)改善土壤pH和P、K的養(yǎng)分有效性都能發(fā)揮作用[42].生物炭被添加到土壤中時(shí)，由于生物炭表面被氧化，表面吸附的有機(jī)質(zhì)、電荷密度都得到了增加，從而單位表面積的CEC也隨之增加.此外，生物炭的陽(yáng)離子交換能力較強(qiáng)，可使土壤的緩沖能力增強(qiáng)，并且在一定的pH范圍內(nèi)還有利于土壤膠體保持穩(wěn)定.

2.2 生物炭對(duì)土壤的養(yǎng)分供應(yīng)

生物炭由于具有較大的比表面積、較多的表面負(fù)電荷和電荷密度，因此吸附陽(yáng)離子的能力比有機(jī)質(zhì)強(qiáng)，這使生物炭具有很強(qiáng)的保持養(yǎng)分和對(duì)生長(zhǎng)作物供給養(yǎng)分的能力[13，42].這些特性使生物炭成為具有可交換能力的物質(zhì)，并能為土壤作物提供可利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，提高作物產(chǎn)量，同時(shí)降低營(yíng)養(yǎng)元素造成的環(huán)境污染.實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和田間實(shí)驗(yàn)均已證明生物炭可降低養(yǎng)分的淋失（尤其是硝酸鹽）和根部污染物的遷移，生物炭通過(guò)巨大表面上的電荷作用和共價(jià)作用可以直接影響?zhàn)B分的吸附[34，43].Glaser等[40]發(fā)現(xiàn)木炭添加到熱帶土壤中后，土壤的養(yǎng)分保留和養(yǎng)分利用率都有所提高.He等[44]發(fā)現(xiàn)將動(dòng)物的糞便熱解得到的生物炭可以降低土壤中磷的遷移，還能固定糞便中的溶解性無(wú)機(jī)磷酸鹽.李江舟等[45]指出土壤中施用生物炭后能使植煙土壤中磷素和硝態(tài)氮的淋溶損失降低，減少磷、氮肥料的使用，提高養(yǎng)分的利用率，促進(jìn)煙葉的可持續(xù)生產(chǎn).生物炭中養(yǎng)分組成及含量源于原材料及制作條件的不同，對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，養(yǎng)分的可利用形態(tài)也有較大的區(qū)別.

2.3 生物炭對(duì)土壤生物的影響

生物炭中少量的可溶性物質(zhì)（有機(jī)碳、礦物質(zhì)等）可為土壤中微生物提供一定的養(yǎng)分，有助于微生物的生長(zhǎng).生物炭具有很多的細(xì)小孔隙，能夠?yàn)槲⑸锾峁┻m宜的棲息地和避難場(chǎng)所，體型小的微生物可以進(jìn)入而體積較大的捕食者則被排斥在外，從而避免被捕食[46].生物炭提高作物產(chǎn)量主要是通過(guò)生物炭與土壤生物之間的相互作用，如通過(guò)促進(jìn)從狀菌根的生長(zhǎng)，影響土壤的持水能力.Lehmann等[34]發(fā)現(xiàn)亞馬遜黑土中的微生物活性比周?chē)寥赖幕钚缘停饕怯捎谏锾康拇嬖趯?dǎo)致其CO2的釋放量少.

3 研究展望

3.1 當(dāng)前生物炭研究中存在的難點(diǎn)

（1）生物質(zhì)原料的成分、制備工藝和溫度是影響生物炭結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的主要因素[2]，由于這些因素的影響，使得生物炭的性質(zhì)和組成無(wú)法進(jìn)行定量和定性闡述，導(dǎo)致生物炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)沒(méi)有確切的定義和標(biāo)準(zhǔn).（2）生物炭表面結(jié)構(gòu)是影響其性質(zhì)的最主要的因素，現(xiàn)有的研究難以闡明生物炭的表面特征，以至于無(wú)法建立合理的結(jié)構(gòu)模型.（3）當(dāng)前的大部分研究關(guān)注的是生物炭及其改性材料的優(yōu)點(diǎn)，生物炭制備過(guò)程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)、生物炭在環(huán)境中的副作用并未得到重視.

3.2 研究展望

3.2.1 加強(qiáng)生物炭的系統(tǒng)研究 從研究發(fā)展的角度來(lái)看，生物炭的生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)應(yīng)用均超前于研究，直至20世紀(jì)90年代才開(kāi)始出現(xiàn)生物炭的現(xiàn)代科學(xué)研究.作為一類(lèi)特殊的材料，生物炭的基礎(chǔ)研究仍然相對(duì)較弱并且零散.由于制備生物炭的生物質(zhì)原料主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，可以根據(jù)不同的原料來(lái)構(gòu)建生物炭的物質(zhì)模型和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，以此為契機(jī)，梳理生物炭的系統(tǒng)研究，獲得生物炭的共有特性如基本組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)、酸堿性、揮發(fā)物質(zhì)、水溶性物特征、孔隙特征、陽(yáng)離子交換量、溶出物毒性、降解性，以及反應(yīng)溫度與生物炭性質(zhì)關(guān)系等，制定科學(xué)合理的生物炭統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn).endprint

3.2.2 加強(qiáng)生物炭材料的界面研究 生物炭材料具有獨(dú)特的性質(zhì)，比表面積大，孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表面官能團(tuán)豐富且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境中的污染物有著特有的親和力和吸附作用.相關(guān)的研究指出，生物炭與污染物作用有多種機(jī)制：孔填充、靜電吸附、氫鍵、共沉淀、表面親和力、π-π電子相互作用等[47]，這些作用機(jī)制的提出均是基于生物炭的界面特性.因此，有必要對(duì)生物炭材料的界面特性進(jìn)行深入的研究，探討污染物在生物炭界面上的微觀作用行為和機(jī)理，界面研究將為其環(huán)境行為和污染治理提供科學(xué)合理的依據(jù).

3.2.3 加強(qiáng)生物炭改性產(chǎn)物的應(yīng)用研究 與生物炭相比，改性生物炭的表面進(jìn)行了功能化的改性，它們?cè)诟纳仆寥拉h(huán)境質(zhì)量、治理污染物、環(huán)境友好材料的應(yīng)用等方面有著獨(dú)特的作用.生物質(zhì)或者生物炭經(jīng)過(guò)酸、堿和特殊的鹽類(lèi)處理后得到的生物炭表面特性發(fā)生了較大的變化，其吸附能力大大增強(qiáng)，在去除重金屬和有機(jī)污染物方面有著很大的潛力，還可應(yīng)用于催化劑、氧化劑載體，緩釋肥料、緩釋農(nóng)藥等方面[8，47].目前，生物炭作為肥料緩釋載體及土壤改良劑的應(yīng)用大部分是短期內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室成果，其推廣應(yīng)用還需要綜合土壤類(lèi)型及生物炭的性質(zhì)開(kāi)展長(zhǎng)期野外試驗(yàn).

3.2.4 加強(qiáng)生物炭材料的潛在危害研究 在關(guān)注和研究生物炭/改性生物炭?jī)?yōu)點(diǎn)的同時(shí)，需要關(guān)注其負(fù)面效應(yīng).生物炭及其改性產(chǎn)物均源自于生物質(zhì)的殘?bào)w（包括初級(jí)農(nóng)林生產(chǎn)剩余物、農(nóng)林次級(jí)剩余物和生物利用及轉(zhuǎn)化廢棄物等），在生物質(zhì)加工的過(guò)程中可能會(huì)釋放對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)（有機(jī)物和無(wú)機(jī)重金屬等）[2，47].同時(shí)，生物炭及其改性產(chǎn)物作為一類(lèi)納米顆粒，它們的釋放也可能會(huì)對(duì)環(huán)境生態(tài)造成潛在的危害.另外，生物炭及其改性材料處理污染物后依然會(huì)存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，廢棄物的回收應(yīng)避免污染物的擴(kuò)散和釋放.因此，在后續(xù)的研究中應(yīng)加強(qiáng)生物炭材料的無(wú)害化處理及其環(huán)境危害監(jiān)測(cè)分析.

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