王若羽，王文語，盧西，高翔，宋宇，馬洪芳

（1.齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）環(huán)境科學與工程學院，山東濟南 250353；2.齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）化學與化工學院，山東濟南 250353）

合成染料因其易于生產且不易脫落，被廣泛應用于紡織、造紙、制革、制藥、塑料、食品加工等行業(yè)〔1〕。偶氮染料是工業(yè)生產中使用最廣泛的合成染料，占染料總量的60%以上〔2〕，其主要通過簡單的重氮化和偶聯(lián)方法合成，采用不同的途徑修改以獲得所需的染料顏色、特性和粒徑〔3〕。偶氮染料的化學惰性較高，廢水成分相對多樣，在高濃度的有機廢水中處理較為困難，因此備受研究者的關注。目前常規(guī)的偶氮染料廢水處理方法主要有吸附法、電化學法、高級氧化法和生物法等，但在實際復雜的處理環(huán)境中，單獨使用一種處理方法的效果并不好?！拔?光催化”的處理方法是一種先進的廢水處理手段，具有高效、節(jié)能、環(huán)保和成本低廉等優(yōu)點，是現(xiàn)階段環(huán)境修復領域的研究熱點。兩種技術的結合可以較好地彌補各自的缺陷，實現(xiàn)偶氮染料的高效去除。

國內外相關研究表明將生物質炭與二氧化鈦（TiO2）復合可以實現(xiàn)“吸附+光催化”協(xié)同增效的效果。生物質炭來源于農業(yè)生產加工過程中產生的殘渣和副產物，如花生殼、秸稈、甘蔗渣和落葉等〔4〕，具有成本低廉、易獲取、比表面積大、孔隙結構多、表面官能團豐富及化學穩(wěn)定性高等特點，通常作為一種吸附材料應用于有機污染物的去除。TiO2因其具有無毒、自潔、安全、化學性質穩(wěn)定、催化活性高等優(yōu)點，被廣泛應用于能源和環(huán)境領域，并被公認為是光催化領域應用最理想的半導體催化劑〔5〕。光催化材料的光催化活性主要取決于材料的帶隙寬度、比表面積和電子-空穴對的產生。生物質炭的復合在光催化降解染料過程中起著重要的協(xié)同作用，它提供了更高的比表面積，使得染料分子在光催化劑表面接觸更多的活性位點，從而提高光催化效率。因此，利用生物質炭的吸附特性和TiO2的催化降解機制制備的生物質炭/TiO2復合材料為吸附技術和光催化技術的有機結合開辟了新的思路〔6-7〕。

1 偶氮染料的概述

1.1 偶氮染料的特征及危害

偶氮染料的主要分子結構特征是偶氮鍵（—N= = N—）官能團連接兩個基團，其中至少一個是芳族基團（苯或萘環(huán)）〔8〕，它的發(fā)色體是偶氮基與一個或多個芳香環(huán)相連構成的共軛體系。偶氮染料的顏色由偶氮鍵及其相關的發(fā)色團和輔助色素決定，色譜范圍很廣，包括紅、橙、黃、蘭、紫、黑等，色種齊全且色光良好〔9〕。偶氮鍵是偶氮染料分子中最活躍的鍵，它的斷裂導致染料脫色〔10〕。偶氮染料難以降解取決于其本身特性，染料分子本身對光的強烈吸收阻礙光子到達光催化劑表面，導致激發(fā)電子躍遷的能量較少，阻止了空穴或羥基自由基的生成〔11〕。偶氮染料的去除效率跟染料種類、化學結構和染料分子取代基的性質有關〔12〕。

根據(jù)同一染料分子中的偶氮鍵數(shù)分為單偶氮染料和重氮染料，重氮染料又包括雙偶氮、三偶氮和多偶氮染料。偶氮染料的分類〔8〕及結構見表1。

表1 偶氮染料的分類Table 1 Classification of azo dyes

工業(yè)中產生的大量偶氮染料廢水嚴重污染環(huán)境，危害人類健康。偶氮染料的高色度除了與周邊環(huán)境形成鮮明的反差而影響美觀外，還阻礙了水生植物對光線的吸收以及光合作用，從而破壞水生生態(tài)。對于藻類、魚類等水體生物還具有急性或慢性的毒害作用。此外，偶氮染料與人體接觸，易造成紅斑、水皰、丘疹等皮炎癥狀，成為人體病變的誘因〔9，13〕。部分偶氮染料本身不具致癌性，但可還原分解成具有致癌性的芳香胺化合物，目前可產生24種致癌芳香胺的200種偶氮染料已被禁用。因此，高效處理含有偶氮染料的廢水或將其轉化為有用和安全的產品對環(huán)境保護具有重要的現(xiàn)實意義。

1.2 偶氮染料的去除方法

偶氮染料的去除方法種類繁多，主要包括物理法（吸附法、氣浮法、膜分離法、磁分離法、輻射法、超聲波氣振法）、化學法（還原法、電化學法、高溫深度氧化法、混凝法、高級氧化法）、生物法（好氧氧化、厭氧氧化、真菌技術）等，但是每種技術方法都有其局限性〔1，13-16〕。物理法主要通過物理作用分離污染物，難以達到有效去除的目的；化學法主要通過化學反應和傳質作用去除污水中溶解性污染物，但此類方法處理成本高，不可避免地帶來二次污染；生物法主要是通過微生物的代謝作用使污水中的有機污染物轉化為穩(wěn)定、無害的物質，但此類方法處理周期較長且對處理溫度、時間以及有機物濃度等有較高的要求〔5〕。

吸附法是最常見、最成熟的處理方法，通過吸附劑吸附染料廢水中的分子，達到去除和脫色的目的。吸附法具有設備簡單、操作簡便以及可供選擇的吸附劑豐富等優(yōu)點，但吸附劑的循環(huán)使用成本較高，脫附和回收困難，污染物分子本質上沒有發(fā)生改變〔17-19〕。光催化氧化法是一種新型綠色高級氧化技術，在常溫常壓條件下利用光能，通過光生電子空穴對產生的羥基自由基（·OH）和超氧陰離子（·O2-）高效降解染料分子，最終礦化為水和二氧化碳。光催化具有能耗低、反應條件溫和、操作簡便、無二次污染、可直接利用太陽能等優(yōu)勢〔5〕，但是常見的半導體光催化劑帶隙寬度較大，且納米顆粒容易團聚，光生載流子復合率高，影響光催化活性，限制了其在廢水處理領域的應用〔20〕。

吸附技術與光催化技術的結合可以很好地彌補單一技術的局限性。利用吸附劑的吸附性能快速且牢固地鎖住污染物，再通過光催化材料對污染物進行降解。吸附效果可以增加光催化劑與污染物的接觸，降低光生載流子復合率，從而提高光催化活性；光催化降解污染物又能使吸附劑恢復其吸附性能，達到回收再利用的目的〔21-22〕。

2 生物質炭/TiO2對偶氮染料的去除

2.1 生物質炭去除偶氮染料

生物質炭的種類根據(jù)生物質原料分為木質生物質炭、農作物廢棄物生物質炭、草類生物質炭和生物固體生物質炭〔23〕，但是對于偶氮染料的去除方面，不同生物質炭種類的效果和機制的差異尚未得到探索。生物質炭的結構是由生物質原有結構在經(jīng)過失水、活性物質揮發(fā)、斷裂、崩塌等一系列熱解炭化過程后重構形成，其“骨架”結構由穩(wěn)定的芳香族化合物和礦物組成〔24〕。生物質炭的結構與炭化溫度有關，隨著炭化溫度的升高，生物質炭的非晶態(tài)碳結構逐步轉化為石墨微晶態(tài)結構，晶體尺寸擴大、結構更加有序〔25〕。生物質炭一般呈堿性，豐富的多微孔結構使其具有較大的比表面積；生物質中的纖維素、蛋白質、脂肪等經(jīng)熱解炭化后在生物質炭表面及內部形成大量羧基、羰基、內酯基及羥基、酮基等多種官能團，使生物質炭具有良好的促進離子交換等特性，從而使生物質炭具有較強的吸附能力〔26〕。

研究表明生物質炭主要是通過吸附來去除偶氮染料的，主要吸附機理有填充作用、分配擴散作用、π-π EDA作用、氫鍵作用、疏水作用、靜電作用〔27-28〕，見圖1。

圖1 生物質炭的吸附機理Fig. 1 The adsorption mechanism of biochar

X. C. NGUYEN等〔29〕制備了荊樹皮（BA）、含羞草（BM）和咖啡殼（BC）3種生物質炭，都成功去除了甲基橙（MO），3種生物質炭的主要吸附機制為靜電吸附和孔隙分配擴散作用，其中BA和BM的高比表面積提供了大量的吸附活性位點，而BC因其表面具有豐富的官能團可能發(fā)生化學吸附。另外，任曉莉等〔30〕在剩余污泥中添加花生殼粉，通過熱解法制備了生物質炭并用于偶氮染料直接黃R和直接橙S的吸附。結果表明生物質炭對兩種染料的吸附過程均符合偽二級動力學模型，吸附過程受分配擴散作用和化學吸附的控制。

部分生物質炭具有·OH，可以通過吸附和光催化的協(xié)同機制降解偶氮染料〔31〕。Zheng ZHANG等〔32〕以玉米芯為原料制備新型生物質炭，通過光激發(fā)法研究MO的降解機理。結果表明，除吸附過程外，玉米芯生物質炭表現(xiàn)出類石墨烯結構，具有豐富的羥基官能團，可以在光激發(fā)條件下共享和轉移電子，電子可以誘導類石墨結構和氧氣產生高活性·OH來降解MO。劉穎等〔33〕對比了蚯蚓糞生物質炭和玉米秸稈生物質炭協(xié)同紫外光對剛果紅（CR）的降解效果。結果表明，玉米秸稈生物質炭的碳化程度更高，具有更多的C= = O和芳香環(huán)，促進與染料的π-π鍵作用以及共用電子對作用，更有利于染料降解。

然而大部分生物質炭僅僅是作為吸附劑對偶氮染料進行吸附，并不能將染料分子徹底破壞，只是一種污染物的轉移過程。而且生物質炭的再生能力較差，難以循環(huán)使用。

2.2 TiO2去除偶氮染料

TiO2粉末光降解偶氮染料的研究較為廣泛，并且都具有良好的去除效果。H. LACHHEB等〔34〕研究了TiO2對于3種偶氮染料藏花橙、甲基紅和剛果紅的去除效果，3種染料不僅成功脫色，而且完全降解和礦化，并且—N= = N—偶氮基團可以轉化為無毒無害的氣體N2，不會產生二次污染。

影響TiO2粉末光催化降解偶氮染料的因素有TiO2晶型、吸附能力、溶液pH、光源及光照強度和共存物質（比如H2O2）等。E. KORDOULI等〔35〕研究了偶氮染料橙色G和黃色28在TiO2表面的吸附機理及不同銳鈦礦/金紅石比例（A/R）樣品的光催化降解效率。結果表明，TiO2對兩種偶氮染料的強吸附有利于光催化降解，并且不同的吸附類型會影響光催化反應動力學；不同的A/R影響TiO2的光催化速率，A/R為0.8的TiO2樣品降解橙色G的效率最高，而A/R為0.5的樣品降解黃色28的速度最快。Liqin MA等〔36〕研究了溶液pH對銳鈦礦TiO2降解MO的影響，證明在酸性條件下的光催化效率最高，原因是MO有一個帶負電荷的硫基團，在低pH條件下有利于MO與光催化劑的吸附，但過低的pH會導致TiO2的聚集，從而降低光催化效率。L. K?R?SI等〔37〕研究了通過微波輔助水熱法制備金紅石TiO2納米顆粒（MW-R NPs）的光催化活性，證明了在H2O2存在下用MW-R NPs可以高效光降解MO。

雖然TiO2光催化活性高，但是帶隙寬度大導致電子-空穴對易復合，從而對可見光的利用率較低，并且在溶液中容易團聚，難以分離和回收，嚴重制約了其光催化技術的商業(yè)化進程。

2.3 生物質炭/TiO2復合材料去除偶氮染料

生物質炭具有致密的碳層和良好的導電性，通過氧化和還原生物質炭醌基團實現(xiàn)電子儲存；生物質炭作為一種支撐材料，使半導體納米顆粒分散在表面上生長，減少了納米顆粒的團聚程度，因此可作為光催化材料的載體〔38〕。通過生物質炭與光催化劑的復合，既能增加TiO2光催化劑的比表面積，又能抑制晶粒的團聚和晶相的轉變，同時還能防止TiO2顆粒間相互遮擋，從而提高光源的利用率〔5〕；生物質炭與TiO2納米顆粒的異質結可實現(xiàn)電荷分離，降低電子-空穴的復合率〔38〕；生物質炭與污染物吸附反應之間的比表面積、H鍵作用力和π-π EDA作用力較大〔39〕，使復合材料具備超強的吸附能力，大大地提高了光催化過程的效率。此外，TiO2對污染物的徹底礦化可以實現(xiàn)生物質炭的再生。

2.3.1 生物質炭/ TiO2復合材料的制備

生物質炭/ TiO2復合材料常用的制備方法有溶膠-凝膠法、直接水解法、機械浸漬法、水熱/溶劑熱法、超聲法、焙燒法、熱縮聚法、共沉淀法等〔40-48〕，以下重點介紹在偶氮染料去除中常用的前4種方法。

1）溶膠-凝膠法。

溶膠-凝膠法是制備生物質炭負載光催化劑的常用方法，操作簡單、能耗低、制備的材料粒徑均勻。Hun XUE等〔43〕采用溶膠-凝膠法制備TiO2/甘蔗渣生物質炭降解MO。將四異丙醇鈦在酸性條件下水解，形成透明的TiO2溶膠，將一定質量的甘蔗渣生物質炭添加到TiO2溶膠中，室溫陳化獲得凝膠，將凝膠用馬弗爐加熱得到TiO2/甘蔗渣生物質炭。結果表明，由于生物質炭的有機組分雜化，可以將TiO2的吸光度擴展到可見光區(qū)域，顯著提升TiO2/甘蔗渣生物質炭在可見光下對MO的光催化活性。

S. SILVESTRI等〔44〕將鈦酸四異丙酯（TTIP）用濃NH4OH和異丙醇水解，加入一定量的鼠尾草生物質炭粉末并攪拌直至形成白色沉淀，干燥后在馬弗爐中熱解，得到復合材料。用復合材料處理酸性橙7（AO7），結果表明復合催化劑的去除能力良好。

2）直接水解法。

直接水解法在室溫條件下即可完成水解，操作簡便。陸麗麗等〔45〕采用直接水解法合成了TiO2/稻殼生物質炭復合材料，將鈦酸四丁酯逐滴加入到超純水中并攪拌，然后加入一定量生物質炭繼續(xù)攪拌。將所得懸浮液干燥、研磨，在N2氛圍下煅燒后得到復合催化劑。實驗結果表明，復合材料的催化性能優(yōu)于單一TiO2，原因是生物質炭的電子儲存效應可促進電子空穴對的分離。經(jīng)過5次重復利用后，復合材料催化劑對MO仍具有較高的降解活性。

Rui SHAN等〔49〕用直接水解法合成Ag/生物質炭/TiO2去除MO。由于Ag顆粒的表面等離子共振效應和生物質炭的電子轉移效應，所有負載Ag和生物質炭的催化劑在紫外線照射下都表現(xiàn)出比純TiO2更高的活性。

3）機械浸漬法。

機械浸漬法是將生物質炭與TiO2粉末物理混合后低溫煅燒，制備出的復合材料效果良好。S.SILVESTRI等〔44〕采用機械浸漬法制得TiO2/鼠尾草生物質炭。生物質炭與TiO2以質量比1∶1的比例進行機械混合，然后將材料浸入異丙醇中均質化，干燥后熱解。與溶膠-凝膠方法相比，通過機械浸漬法產生的復合材料具有更高的性能，該樣品在6次循環(huán)中表現(xiàn)出基本一致的降解AO7的能力。復合材料產生的·OH和·O2-是AO7光降解的主要原因，生物質炭中存在的醌類結構是減少電子-空穴復合的主要電子受體。

Chuanfu SONG等〔47〕使用磷酸改性的黃麻纖維制備出生物質炭與TiO2粉末混合，加入磷酸并超聲處理，然后在N2保護下熱解，洗滌干燥得到復合材料。實驗過程中將復合材料吸附染料CR后再收集起來，直接開燈照射并不時噴水以保持材料濕潤，以此原位降解吸附的染料，不僅避免了水對光的吸收和阻擋，而且催化劑可得到再生。

4）水熱法。

水熱法是在水介質中通過非均相反應在高溫高壓條件下的合成方法，通常在密封的帶有聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中進行。Junling KUAN等〔48〕通過簡單的一步水熱工藝，將生物質炭與鈦源等物理混合再通過高溫水熱反應，將廢棉纖維生物質炭引入Ag摻雜的g-C3N4/TiO2雜化復合材料中，結果表明可見光下對于MO和CR的光降解性能明顯提升，生物質炭的摻雜使得帶隙寬度變窄，光生載流子快速分離。

2.3.2 生物質炭/TiO2復合材料去除偶氮染料機理

復合材料中的生物質炭發(fā)揮強大的吸附性能，通過化學吸附或物理吸附將染料聚集到材料表面的吸附位點上；TiO2在光激發(fā)下，利用其光催化活性首先將偶氮染料的偶氮鍵（—N= = N—）破壞，再將中間產物徹底降解為無機小分子物質。另外，TiO2光生電子可轉移至生物質炭，彌補TiO2電子-空穴復合率高、吸光能力不足的缺點，有效提高其光催化活性。

1）吸附。

生物質炭具有疏松多孔、比表面積大等特點，表面含有羧基、酚羥基、酸酐等多種基團，具備良好的物理化學吸附特性。將生物質炭與適量TiO2結合，TiO2納米顆粒分散在生物質炭表面，可以增加TiO2的吸附表面積；利用生物質炭的吸附能力，將污染物富集在TiO2的表面，提高了污染物與光催化劑的接觸幾率，進而提高降解環(huán)境介質中有機污染物的效率〔50〕。Peng YU等〔51〕和Y. L. PANG等〔52〕已通過溶膠-凝膠法合成了負載有TiO2納米顆粒的生物質炭復合材料，從水溶液中去除CR。XRD、BET和SEM結果證明該復合材料具有豐富的中空介孔和大孔結構，并且TiO2顆粒很好地分散在生物質炭上，幾乎沒有團聚；制備的復合材料比單一生物質炭或TiO2具有更好的吸附能力。Junling KUAN等〔48〕發(fā)現(xiàn)由于多尺度多孔生物質炭與g-C3N4納米片、Ag和TiO2納米粒子的均勻摻雜，復合材料的光催化性能通過吸附的增強而顯著增強。

偶氮染料分子本身性質與化學結構也影響了材料的吸附能力，A. R. KHATAEE等〔11〕研究了3種偶氮染料酸性橙8（AO8）、酸性橙10（AO10）、酸性橙12（AO12）的吸附與降解，發(fā)現(xiàn)AO10的高分子質量和兩個磺酸基團的附著使吸附率高于其他兩種染料。此外，AO8分子結構中給電子基團的存在使其吸附效率比AO12略低。

2）光催化機制。

光降解染料機制有3種：染料的直接光解圖2（a）、通過電荷注入的染料敏化圖2（b）以及通過氧化/還原的間接染料降解圖2（c）〔12，53-55〕。其中，染料的直接光解與催化劑無關，所以在此只闡述后兩種光催化機制。

圖2 光催化降解染料機制Fig. 2 Photocatalytic degradation mechanism of dyes

通過電荷注入的染料敏化是指根據(jù)染料敏化機制，TiO2吸收能量等于或大于材料帶隙的光子，電子從價帶激發(fā)到導帶，從而形成電子-空穴對，光致空穴（h+）和電子（e-）與染料分子相互作用并產生具有活性的染料Dye*，不穩(wěn)定的染料Dye*轉化為陰離子（Dye-）或陽離子（Dye+）自由基。最后，這些陰離子和陽離子自由基自發(fā)分解為降解產物〔56〕。

通過氧化/還原的間接染料降解是指光生電子與空穴遷移到催化劑表面，與其他物質進行氧化還原反應。在大多數(shù)情況下，h+很容易與表面結合的H2O反應生成·OH，而e-可以與O2反應生成·O2-，該反應阻止了電子和空穴的結合；電子與O2和H+反應形成H2O2，H2O2與介質中的氧反應進一步分解為更多的·OH〔57-58〕。最后，產生的·OH和·O2-可與染料反應形成中間體和無機小分子終產物，從而導致染料變色〔5〕。

Lili LU等〔59〕為研究生物質炭/TiO2復合材料降解MO機理進行了自由基捕獲實驗，分別加入h+、·O2-、·OH的猝滅劑后，MO的降解受到不同程度的抑制，結果證明這3種活性自由基都參與了MO的氧化過程，其中·OH起主要作用。

學者們已經(jīng)研究了各種偶氮染料的光降解過程，包括單偶氮染料（如甲基橙、酸性橙、甲基紅、堿性紅、酸性紅等）和雙偶氮染料（剛果紅、活性黑、活性紅、直接藍等）〔60-65〕。在降解過程中，偶氮染料的降解反應取決于染料結構，雙偶氮染料的降解性低于單偶氮染料〔10〕。G. D. L. NAIK等〔66〕評估TiO2對單偶氮染料MO和雙偶氮染料亮黃（BY）的降解，發(fā)現(xiàn)MO的降解速度快于BY，原因是BY兩個偶氮鍵的惰性和大芳環(huán)產生的空間位阻阻礙了半導體顆粒與染料分子之間的相互作用，并且MO在TiO2表面上表現(xiàn)出比BY更強的吸附。W. ANKU等〔67〕研究了TiO2復合材料對單偶氮染料MO和雙偶氮染料CR的光催化降解，同樣發(fā)現(xiàn)單偶氮染料比雙偶氮染料的降解效率更快，原因是偶氮染料中存在的偶氮鍵和磺酸基團的數(shù)量決定了光降解速率。

偶氮染料降解過程的主要中間體是芳香胺、酚類化合物和有機酸〔68〕。關于單偶氮染料的降解過程和中間產物有很多研究，而關于雙偶氮染料的則相對較少。H. H. MOHAMED等〔69〕給出了MO降解機理：首先發(fā)生兩個電子轉移過程，導致—N= = N—鍵斷裂形成肼基衍生物（—NH—NH—）；然后N—N鍵的進一步斷裂導致芳香胺的形成，見圖3。

圖3 MO的多電子還原機理Fig. 3 Multi-electron reduction mechanism of MO

S. ERDEMO?LU等〔70〕鑒定了TiO2光催化降解CR的中間產物，見圖4。

圖4 CR中間產物Fig. 4 Intermediate of CR

生物質炭良好的導電性使其具有較好的傳輸電子的能力，在光催化過程中能加速光生載流子的分離，減少光生電子-空穴對的重組，加快偶氮染料的降解〔71〕。S. SILVESTRI等〔44〕和Lili LU等〔59〕通過FTIR和XPS光譜分析發(fā)現(xiàn)，表面含氧官能團豐富的生物質炭可作為電子捕獲中心，為電荷轉移提供動力，減少TiO2電子-空穴對的復合，促進空穴和·OH的生成，從而提高了光催化氧化效率。圖5為復合材料降解MO機制，TiO2光生電子轉移到生物質炭中，促進電子-空穴對的分離，電子和空穴直接和間接降解MO，最終生成無機小分子物質。

圖5 復合材料降解MO機制Fig. 5 Degradation mechanism of MO in composites

同時，TiO2與生物質炭結合形成Ti—O—C鍵，不僅能縮短禁帶寬度，還能在TiO2的帶隙中產生離域態(tài)，有效地阻止電子-空穴對的復合，因此合成的復合材料的光響應范圍由紫外區(qū)移動到了可見光區(qū)，提高了TiO2對光的吸收利用能力〔48，72-73〕。

另外，生物質炭的孔隙率對沉積在生物質炭外表面的TiO2濃度和復合光催化劑活性有顯著影響。Xiaojun WANG等〔74〕使用不同孔隙率的椰殼活性炭與TiO2復合降解MO，發(fā)現(xiàn)孔徑為2.05 nm的活性炭表面TiO2濃度最高，降解效果最好。綜合上述幾個原因，將生物質炭與TiO2結合可有效提高光催化活性，從而有利于對偶氮染料的降解去除。

3 結論與展望

生物質炭和TiO2分別作為一種吸附或催化材料在處理偶氮染料時存在生物質炭難以回收利用且降解不完全、TiO2降解完全但易團聚且可見光范圍內光利用率低等不足之處。將生物質炭和TiO2復合可以較好地解決這個問題。生物質炭的大比表面積和吸附能力可以增加偶氮染料分子與TiO2的接觸機會，從而提高光催化效率，變向增加了對光能的利用率。同時催化降解對污染物的礦化實現(xiàn)了對吸附光催化復合材料的再生。生物質炭具有良好的導電性，可以通過氧化和還原生物質炭醌基團實現(xiàn)電子儲存，并通過生物質炭與TiO2納米顆粒的異質降低帶隙能，使得電子-空穴對更容易分離，大大提高了材料的光催化活性。

然而，現(xiàn)階段關于生物質炭/TiO2復合材料處理染料廢水的研究仍存在諸多不足，有待進一步深入研究：

1）生物質炭/TiO2復合材料的制備與應用仍停留在實驗室研究階段，應選擇適合工業(yè)化生產的工藝參數(shù)及原料進行產業(yè)化嘗試。

2）目前生物質炭/TiO2復合材料多用于單一偶氮染料的催化降解研究，對于實際環(huán)境中含有多種添加劑、鹽等成分復雜的染料廢水的研究還未見報道。

3）生物質炭/TiO2復合材料雖有去除效果好和可重復利用的優(yōu)點，但是粉末狀的復合材料仍沒有解決固液分離困難的問題，導致不易回收，所以制備容易分離回收的體相材料是未來研究的重點。

4）目前，生物質炭/TiO2復合材料去除污染物的吸附與催化協(xié)同作用的具體機制仍不明確，需要深入探討。