Chemical Industry and Engineering Progress ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (08): 3838-3851.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2025
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Preparation of biochar-based composites and their adsorption performances for characteristic contaminants in wastewater
Jingyi WANG(
),Li WANG(),Wenlong ZHANG,Wei LÜ,Wei YAN,Shanshan LI,Jiangtao FENG
- School of Energy and Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, Shaanxi, China
-
Received:2018-10-12Online:2019-08-05Published:2019-08-05 -
Contact:Li WANG
生物炭基复合材料制备及其对水体特征污染物的吸附性能
王靖宜(),王丽(),张文龙,吕伟,延卫,李珊珊,冯江涛
- 西安交通大学能源与动力工程学院，陕西 西安710049
-
通讯作者:王丽 -
作者简介:王靖宜（1995—），女，硕士研究生，研究方向为生物炭改性。E-mail：wangjingyi01@stu.xjtu.edu.cn 。 -
基金资助:陕西省自然科学基础研究计划一般项目(2018JQ4014);陕西省博士后科研项目(2017BSHEDZZ65);中央高校基本科研业务费项目(XJJ20171728);中国博士后科学基金(2016M592798)
CLC Number:
Cite this article
Jingyi WANG,Li WANG,Wenlong ZHANG,Wei LÜ,Wei YAN,Shanshan LI,Jiangtao FENG. Preparation of biochar-based composites and their adsorption performances for characteristic contaminants in wastewater[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2019, 38(08): 3838-3851.
王靖宜,王丽,张文龙,吕伟,延卫,李珊珊,冯江涛. 生物炭基复合材料制备及其对水体特征污染物的吸附性能[J]. 化工进展, 2019, 38(08): 3838-3851.
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URL: https://hgjz.cip.com.cn/EN/10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2025
| 物理指标 | 参数范围 | 平均值 | 生物质炭化后含量对比 |
|---|---|---|---|
| 含碳量 | 30%～90% | 64% | 木质＞秸秆＞壳类＞粪便＞污泥 |
| 灰分 | 0～40% | 15.52% | 污泥＞粪便＞秸秆＞壳类＞木质 |
| 比表面积 | 0～520m2·g-1 | 124.83m2·g-1 | 壳类＞秸秆＞木质＞粪便＞污泥 |
| pH | 5～12 | 9.15 | 秸秆＞污泥＞粪便＞木质＞壳类 |
| 孔隙度 | 750～1360m2·g-1（大孔隙）；51～138m2·g-1（小孔隙） | ||
| 平均密度 | 1.6 g·cm-3 | ||
| 主要元素 | C、O、N、H | ||
| 物理指标 | 参数范围 | 平均值 | 生物质炭化后含量对比 |
|---|---|---|---|
| 含碳量 | 30%～90% | 64% | 木质＞秸秆＞壳类＞粪便＞污泥 |
| 灰分 | 0～40% | 15.52% | 污泥＞粪便＞秸秆＞壳类＞木质 |
| 比表面积 | 0～520m2·g-1 | 124.83m2·g-1 | 壳类＞秸秆＞木质＞粪便＞污泥 |
| pH | 5～12 | 9.15 | 秸秆＞污泥＞粪便＞木质＞壳类 |
| 孔隙度 | 750～1360m2·g-1（大孔隙）；51～138m2·g-1（小孔隙） | ||
| 平均密度 | 1.6 g·cm-3 | ||
| 主要元素 | C、O、N、H | ||
| 改性剂 | 常用成分举例 | 理化特性优势 | 水体特征污染物 |
|---|---|---|---|
| 酸/碱 | H3PO4，HNO3，HCl，H2SO4；KOH，NaOH，Ca(OH)2，氨水，尿素，碳酸盐，碳酸氢盐等碱式盐 | 表面官能团含量提高，比表面积增大，多孔结构更为显著，材料分散性、热稳定性提高 | 无机物（P，N，F） 有机物（PPCPs，EDCs，POPs，染料） 重金属（Cu，Cd，Pb，Hg，Cr，Sb，As） |
| 氧化剂/还原剂 | H2O2，KMnO4，过硫酸盐；NaBH4，Na2SO3，FeSO4 | ||
| 金属 | MgO，MnO2，La2O3，CeO2；AlOOH，FeOOH，LaOOH；Fe3O4，MgFe2O4，MnFe2O4 | ||
| 有机物 | EDTA（乙二胺四乙酸），EDA（乙二胺），DMF（二甲基甲酰胺），CTAB（十六烷基三甲基溴化铵） SDBS（十二烷基苯磺酸钠），乙二醇，甲醇，表氯醇 | ||
| 功能材料 | 壳聚糖，水凝胶，GO（石墨烯氧化物），RGO（还原石墨烯氧化物），PPy（聚吡咯），CNTs（碳纳米管），g-MoS2 |
| 改性剂 | 常用成分举例 | 理化特性优势 | 水体特征污染物 |
|---|---|---|---|
| 酸/碱 | H3PO4，HNO3，HCl，H2SO4；KOH，NaOH，Ca(OH)2，氨水，尿素，碳酸盐，碳酸氢盐等碱式盐 | 表面官能团含量提高，比表面积增大，多孔结构更为显著，材料分散性、热稳定性提高 | 无机物（P，N，F） 有机物（PPCPs，EDCs，POPs，染料） 重金属（Cu，Cd，Pb，Hg，Cr，Sb，As） |
| 氧化剂/还原剂 | H2O2，KMnO4，过硫酸盐；NaBH4，Na2SO3，FeSO4 | ||
| 金属 | MgO，MnO2，La2O3，CeO2；AlOOH，FeOOH，LaOOH；Fe3O4，MgFe2O4，MnFe2O4 | ||
| 有机物 | EDTA（乙二胺四乙酸），EDA（乙二胺），DMF（二甲基甲酰胺），CTAB（十六烷基三甲基溴化铵） SDBS（十二烷基苯磺酸钠），乙二醇，甲醇，表氯醇 | ||
| 功能材料 | 壳聚糖，水凝胶，GO（石墨烯氧化物），RGO（还原石墨烯氧化物），PPy（聚吡咯），CNTs（碳纳米管），g-MoS2 |
| 改性合成方法 | 炭基吸附剂（生物质原料） | 污染物 | 脱除率（R max）/ 吸附容量（Q m） | 吸附机理预测 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|
| 生物炭分别氧化处理（H2O2）、酸处理（HCl）、碱处理（KOH） | nZVI固定化氧化/酸/碱活化改性生物炭（玉米秸秆） | Cr(Ⅵ) | HCl活化较KOH和H2O2活化R max提高13.29% | 氧化还原、原电池作用、表面沉淀 | [ |
| 生物质在Fe(NO3)3、HNO3溶液浸渍后600℃热解,与吡咯单体混合后逐滴加入FeCl3再持续混合（30℃）24h（吡咯原位化学氧化聚合） | 聚吡咯修饰磁性生物炭（MBC/PPy）（玉米芯） | Cr(Ⅵ) | 19.23mgCr·g-1 | 静电引力、离子交换、氧化还原、表面沉淀、螯合作用 | [ |
| 生物质与KHCO3混合后800℃热解，后与Fe2+溶液混合并滴加NaBH4湿化学还原法合成 | nZVI负载亲水性功能炭基复合材料（玉米秸秆） | Pb(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ) | 195.1mgPb·g-1 161.9mgCu·g-1 109.7mgZn·g-1 | 共沉淀、表面络合、沉淀、氧化还原 | [ |
| 化学沉淀制备纳米羟基磷灰石,与生物质充分混合后600℃热解 | 纳米羟基磷灰石负载生物炭（nHAP/BC）（玉米秸秆） | Pb(Ⅱ) | 383.75mgPb·g-1 | 溶解-沉淀、络合作用 | [ |
| 生物质与KHCO3混合后热解,经过过硫酸铵氧化后进行水热反应 | 生物炭浸渍α-FeOOH纳米棒的多级孔结构（玉米秸秆） | Cu(Ⅱ) | 71.9%（较BC、α-FeOOH提高29.6%、65.2%） | 表面络合、氧化还原 | [ |
| 生物质与两种盐溶液（[Cu2+]/[Al3+]=2）及尿素混合后110℃水热反应12h | Cu/Al-LDHs-BC（剑麻纤维） | Cu(Ⅱ) | 99.6% | 静电引力、离子交换、配体交换 | [ |
| 生物炭与Fe(acac)3180℃混合并焙烧（100℃），后与ZnCl2的乙二醇溶液及硫脲持续混合（180℃） | ZnS纳米颗粒负载磁性生物炭（稻壳） | Pb(Ⅱ) | 367.65mgPb·g-1 （较磁性BC提高10倍） | — | [ |
| 生物炭与Fe3+、Fe2+溶液浸渍后反应釜水热合成 | 磁性生物炭（稻壳） | Pb(Ⅱ) U(Ⅵ) | 129mgPb·g-1 118mgU·g-1 | 外球络合、静电引力；内球络合、表面沉淀 | [ |
| 20%H2O2氧化生物炭后与Fe3+、Fe2+溶液共沉淀（先后加入TSA、EC、IDA等有机溶剂） | 亚氨基二乙酸（IDA）磁性生物炭（棕榈纤维） | Cd(Ⅱ) | 197.96mgCd·g-1 | 表面络合、静电引力、离子交换 | [ |
| 生物质炭化后与Fe3O4纳米颗粒混合（先后加入TSA、EC等有机溶剂）后加入尿素、NaOH60℃油浴加热 | 尿素功能化改性生物炭（棕榈纤维） | Pb(Ⅱ) | 188.18mgpb·g-1 | 表面络合、静电引力、离子交换 | [ |
| 生物质浸渍于KMnO4溶液（超声辐照）后热解 | KMnO4改性功能性生物炭 （山核桃木） | Pb(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Cd(Ⅱ) | 153.1mgPb·g-1 34.2mgCu·g-1 28.1mgCd·g-1 | 静电作用、位点识别（表面MnO x 和含氧基团提供） | [ |
| 生物质与盐溶液浸渍、化学共沉淀后干燥热解 | Fe/Zn双金属掺杂生物炭（木屑） | Cu(Ⅱ) 四环素 | 初次、二次、三次再生R max为92.1%、95.7%、89% | 位点识别、桥键作用增强、位点竞争 | [ |
| 生物质微波热解后与Fe2+、Fe3+、LaCl3溶液化学共沉淀 | 镧掺杂磁性生物炭（芦苇） | Sb(Ⅴ) | 18.92mgSb·g-1（分别为Fe-BC、BC的3.90倍、8.52倍） | 内球络合、氢键、静电引力、配体交换 | [ |
| KMnO4加入生物炭（500℃热解）与FeSO4悬浮液中化学共沉（pH10） | 铁酸锰改性纳米生物炭（MnFe2O4-BC）（茶末） | Sb(Ⅲ) Cd(Ⅱ) | 237.53mgSb·g-1 181.49mgCd·g-1 | 羟基去质子化、络合、Sb（III）氧化 | [ |
| 前体H3PO4浸渍后一步法热解（250℃空气氛围） | 表面功能化改性生物炭 （柚子皮） | Ag(Ⅰ) Pb(Ⅱ) | 137.4mgAg·g-1 88.7mgPb·g-1 | 表面络合、静电引力，Ag（I）还原、羟基磷酸铅沉淀 | [ |
| 生物质与盐溶液混合后180℃水热反应10h | 尖晶石锰铁氧体改性生物炭（裙带菜根） | Pb(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Cd(Ⅱ) | 307.68mgPb·g-1 211.48mgCu·g-1 188.20mgCd·g-1 | 静电引力、外球络合、边界层扩散、吸热机制 | [ |
| 10%H2O2溶液浸渍氧化生物炭 | H2O2活化生物炭 （牦牛粪便） | Pb(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ) Cd(Ⅱ) | 169.57mgPb·g-1 71.39mgCu·g-1 42.21mgZn·g-1 82.95mgCd·g-1 （2.2倍、1.6倍、1.7倍、1.5倍） | 重金属-羧基络合、Pb-碳酸盐/磷酸盐沉淀 | [ |
| 生物炭与CMC化学共沉淀（先后逐滴加入戊二醛,乙酸） | 羧甲基壳聚糖（CMC）涂覆污泥生物炭 | Pb(Ⅱ) Hg(Ⅱ) | 210mgPb·g-1（<60min） 594.17mgHg·g-1 | 表面络合 | [ |
| 生物炭的液相还原改性（NaBH4） | 固定化nZVI污泥生物炭 | Cr(Ⅵ) Pb(Ⅱ) | Cr6+:90%，Pb2+:82% （＜30min） | 配体交换、氧化还原、表面沉淀 | [ |
| 改性合成方法 | 炭基吸附剂（生物质原料） | 污染物 | 脱除率（R max）/ 吸附容量（Q m） | 吸附机理预测 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|
| 生物炭分别氧化处理（H2O2）、酸处理（HCl）、碱处理（KOH） | nZVI固定化氧化/酸/碱活化改性生物炭（玉米秸秆） | Cr(Ⅵ) | HCl活化较KOH和H2O2活化R max提高13.29% | 氧化还原、原电池作用、表面沉淀 | [ |
| 生物质在Fe(NO3)3、HNO3溶液浸渍后600℃热解,与吡咯单体混合后逐滴加入FeCl3再持续混合（30℃）24h（吡咯原位化学氧化聚合） | 聚吡咯修饰磁性生物炭（MBC/PPy）（玉米芯） | Cr(Ⅵ) | 19.23mgCr·g-1 | 静电引力、离子交换、氧化还原、表面沉淀、螯合作用 | [ |
| 生物质与KHCO3混合后800℃热解，后与Fe2+溶液混合并滴加NaBH4湿化学还原法合成 | nZVI负载亲水性功能炭基复合材料（玉米秸秆） | Pb(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ) | 195.1mgPb·g-1 161.9mgCu·g-1 109.7mgZn·g-1 | 共沉淀、表面络合、沉淀、氧化还原 | [ |
| 化学沉淀制备纳米羟基磷灰石,与生物质充分混合后600℃热解 | 纳米羟基磷灰石负载生物炭（nHAP/BC）（玉米秸秆） | Pb(Ⅱ) | 383.75mgPb·g-1 | 溶解-沉淀、络合作用 | [ |
| 生物质与KHCO3混合后热解,经过过硫酸铵氧化后进行水热反应 | 生物炭浸渍α-FeOOH纳米棒的多级孔结构（玉米秸秆） | Cu(Ⅱ) | 71.9%（较BC、α-FeOOH提高29.6%、65.2%） | 表面络合、氧化还原 | [ |
| 生物质与两种盐溶液（[Cu2+]/[Al3+]=2）及尿素混合后110℃水热反应12h | Cu/Al-LDHs-BC（剑麻纤维） | Cu(Ⅱ) | 99.6% | 静电引力、离子交换、配体交换 | [ |
| 生物炭与Fe(acac)3180℃混合并焙烧（100℃），后与ZnCl2的乙二醇溶液及硫脲持续混合（180℃） | ZnS纳米颗粒负载磁性生物炭（稻壳） | Pb(Ⅱ) | 367.65mgPb·g-1 （较磁性BC提高10倍） | — | [ |
| 生物炭与Fe3+、Fe2+溶液浸渍后反应釜水热合成 | 磁性生物炭（稻壳） | Pb(Ⅱ) U(Ⅵ) | 129mgPb·g-1 118mgU·g-1 | 外球络合、静电引力；内球络合、表面沉淀 | [ |
| 20%H2O2氧化生物炭后与Fe3+、Fe2+溶液共沉淀（先后加入TSA、EC、IDA等有机溶剂） | 亚氨基二乙酸（IDA）磁性生物炭（棕榈纤维） | Cd(Ⅱ) | 197.96mgCd·g-1 | 表面络合、静电引力、离子交换 | [ |
| 生物质炭化后与Fe3O4纳米颗粒混合（先后加入TSA、EC等有机溶剂）后加入尿素、NaOH60℃油浴加热 | 尿素功能化改性生物炭（棕榈纤维） | Pb(Ⅱ) | 188.18mgpb·g-1 | 表面络合、静电引力、离子交换 | [ |
| 生物质浸渍于KMnO4溶液（超声辐照）后热解 | KMnO4改性功能性生物炭 （山核桃木） | Pb(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Cd(Ⅱ) | 153.1mgPb·g-1 34.2mgCu·g-1 28.1mgCd·g-1 | 静电作用、位点识别（表面MnO x 和含氧基团提供） | [ |
| 生物质与盐溶液浸渍、化学共沉淀后干燥热解 | Fe/Zn双金属掺杂生物炭（木屑） | Cu(Ⅱ) 四环素 | 初次、二次、三次再生R max为92.1%、95.7%、89% | 位点识别、桥键作用增强、位点竞争 | [ |
| 生物质微波热解后与Fe2+、Fe3+、LaCl3溶液化学共沉淀 | 镧掺杂磁性生物炭（芦苇） | Sb(Ⅴ) | 18.92mgSb·g-1（分别为Fe-BC、BC的3.90倍、8.52倍） | 内球络合、氢键、静电引力、配体交换 | [ |
| KMnO4加入生物炭（500℃热解）与FeSO4悬浮液中化学共沉（pH10） | 铁酸锰改性纳米生物炭（MnFe2O4-BC）（茶末） | Sb(Ⅲ) Cd(Ⅱ) | 237.53mgSb·g-1 181.49mgCd·g-1 | 羟基去质子化、络合、Sb（III）氧化 | [ |
| 前体H3PO4浸渍后一步法热解（250℃空气氛围） | 表面功能化改性生物炭 （柚子皮） | Ag(Ⅰ) Pb(Ⅱ) | 137.4mgAg·g-1 88.7mgPb·g-1 | 表面络合、静电引力，Ag（I）还原、羟基磷酸铅沉淀 | [ |
| 生物质与盐溶液混合后180℃水热反应10h | 尖晶石锰铁氧体改性生物炭（裙带菜根） | Pb(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Cd(Ⅱ) | 307.68mgPb·g-1 211.48mgCu·g-1 188.20mgCd·g-1 | 静电引力、外球络合、边界层扩散、吸热机制 | [ |
| 10%H2O2溶液浸渍氧化生物炭 | H2O2活化生物炭 （牦牛粪便） | Pb(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ) Cd(Ⅱ) | 169.57mgPb·g-1 71.39mgCu·g-1 42.21mgZn·g-1 82.95mgCd·g-1 （2.2倍、1.6倍、1.7倍、1.5倍） | 重金属-羧基络合、Pb-碳酸盐/磷酸盐沉淀 | [ |
| 生物炭与CMC化学共沉淀（先后逐滴加入戊二醛,乙酸） | 羧甲基壳聚糖（CMC）涂覆污泥生物炭 | Pb(Ⅱ) Hg(Ⅱ) | 210mgPb·g-1（<60min） 594.17mgHg·g-1 | 表面络合 | [ |
| 生物炭的液相还原改性（NaBH4） | 固定化nZVI污泥生物炭 | Cr(Ⅵ) Pb(Ⅱ) | Cr6+:90%，Pb2+:82% （＜30min） | 配体交换、氧化还原、表面沉淀 | [ |
| 改性合成方法 | 炭基吸附剂（生物质原料） | PPCPs类型 | 脱除率（R max）/ 吸附容量（Q m） | 吸附机理 | 参考 文献 |
|---|---|---|---|---|---|
| 生物炭与铁氧体（40∶1）球磨法物理混合 | 超细磁性生物炭 （椰子、松子、核桃壳） | 卡马西平（CBZ） 四环素（TC） | 62.7mgCBZ·g-1; 94.2mgTC·g-1 | — | [ |
| 生物炭（450～500℃快速热解） 碱处理后,甲醇溶液浸渍活化 | 甲醇改性生物炭（稻壳） | 四环素 | 较BC提高45.6% | n-π EDA相互作用、氢键 | [ |
| 生物炭与PEG10000加入MoS2纳米片合成溶液中，整体于反应釜180℃水热合成24h | g-MoS2修饰生物炭基纳米材料（稻秸） | 盐酸四环素 | 249.45mg·g-1 | 孔隙充填、静电引力、氢键、π-π共轭 | [ |
| 分别用高低浓度（0.1mol·L-1, 0.075mol·L-1）的CeCl3溶液与生物质浸渍混合后600℃热解 | 多孔纳米氧化铈负载生物炭（松木片） | 左氧氟沙星 | 73.0mg·g-1（0.1mol·L-1 WHC） 14.2mg·g-1（0.075 mol·L-1 WLC） （WHC，WLC分别较原生物炭提高9.46倍和1.84倍） | 氢键、孔隙充填（WLC）、表面络合（WHC） | [ |
| 生物炭（300℃热解15min得到）于4mol·L-1 NaOH室温浸渍并干燥后, 整体二次热解（800℃，2h） | NaOH碱活化生物炭 （去皮火炬松木） | 四环素 | 274.8mg·g-1 | π-π EDA相互作用、氢键 | [ |
| 生物炭置于水中（通N2），先后加入Fe(NO3)3, NaOH浸渍老化60h | 针铁矿纳米颗粒改性生物炭（棕榈木） | 泰乐菌素 | 5.39mg·g-1 | 疏水作用、静电引力、氢键、阳离子交换、π-π EDA相互作用 | [ |
| 生物炭（400℃热解2h得到）于H3PO4溶液浸渍后整体600℃二次热解2h | 功能化改性生物炭（桉木） | 磺胺甲嘧啶（SMT） 磺胺甲恶唑（SMX） 磺胺噻唑（STZ） 氯霉素（CP） | STZ＞SMX＞CP＞SMT （pH4.0～4.25） | 氢键（磺胺类）、电荷辅助氢键（CAHB, 对CP）、π-π作用 | [ |
| 生物质浸渍于含十二烷基苯磺酸钠（SDBS）分散剂的碳纳米管（CNT）悬浮液, 干燥后600℃热解 | CNT-生物炭复合物（CNT-SDBS-HC,CNT-SDBS-BC） 山核桃木（HC）/甘蔗残渣（BC） | 磺胺吡啶（SPY），Pb(II) | R max SPY86%，Pb71%（CNT-SDBS-HC） R max SPY56%，Pb53%（CNT-SDBS-BC） | π-π相互作用、疏水作用（SPY）;表面络合、阳离子交换（Pb） | [ |
| 加入0.4g 1,3,6,8-芘四碳酸四钠盐（PySA） 后，生物质与GO悬液充分混合老化后600℃热解1h | 石墨烯氧化物（GO）包覆生物炭纳米复合物（竹屑） | 磺胺甲嘧啶 | Q m是BC的2.14倍 | π-π相互作用、孔隙充填、阳离子交换、氢键、静电引力 | [ |
| 生物炭加入壳聚糖的乙酸悬液, 充分搅拌后滴加NaOH并老化24h | 壳聚糖/生物炭水凝胶珠 （柚子皮） | 环丙沙星 | ＞76mg·g-1 (Q 0 160mg·L-1) | π-π相互作用、氢键、疏水作用 | [ |
| H3PO4浸渍生物炭 | H3PO4改性稻秆（RCA）/ 畜肥（SCA）生物炭 | 四环素 | RCA 552.0mg·g-1； SCA 365.4mg·g-1 | 氢键、π-π相互作用、静电引力 | [ |
| 改性合成方法 | 炭基吸附剂（生物质原料） | PPCPs类型 | 脱除率（R max）/ 吸附容量（Q m） | 吸附机理 | 参考 文献 |
|---|---|---|---|---|---|
| 生物炭与铁氧体（40∶1）球磨法物理混合 | 超细磁性生物炭 （椰子、松子、核桃壳） | 卡马西平（CBZ） 四环素（TC） | 62.7mgCBZ·g-1; 94.2mgTC·g-1 | — | [ |
| 生物炭（450～500℃快速热解） 碱处理后,甲醇溶液浸渍活化 | 甲醇改性生物炭（稻壳） | 四环素 | 较BC提高45.6% | n-π EDA相互作用、氢键 | [ |
| 生物炭与PEG10000加入MoS2纳米片合成溶液中，整体于反应釜180℃水热合成24h | g-MoS2修饰生物炭基纳米材料（稻秸） | 盐酸四环素 | 249.45mg·g-1 | 孔隙充填、静电引力、氢键、π-π共轭 | [ |
| 分别用高低浓度（0.1mol·L-1, 0.075mol·L-1）的CeCl3溶液与生物质浸渍混合后600℃热解 | 多孔纳米氧化铈负载生物炭（松木片） | 左氧氟沙星 | 73.0mg·g-1（0.1mol·L-1 WHC） 14.2mg·g-1（0.075 mol·L-1 WLC） （WHC，WLC分别较原生物炭提高9.46倍和1.84倍） | 氢键、孔隙充填（WLC）、表面络合（WHC） | [ |
| 生物炭（300℃热解15min得到）于4mol·L-1 NaOH室温浸渍并干燥后, 整体二次热解（800℃，2h） | NaOH碱活化生物炭 （去皮火炬松木） | 四环素 | 274.8mg·g-1 | π-π EDA相互作用、氢键 | [ |
| 生物炭置于水中（通N2），先后加入Fe(NO3)3, NaOH浸渍老化60h | 针铁矿纳米颗粒改性生物炭（棕榈木） | 泰乐菌素 | 5.39mg·g-1 | 疏水作用、静电引力、氢键、阳离子交换、π-π EDA相互作用 | [ |
| 生物炭（400℃热解2h得到）于H3PO4溶液浸渍后整体600℃二次热解2h | 功能化改性生物炭（桉木） | 磺胺甲嘧啶（SMT） 磺胺甲恶唑（SMX） 磺胺噻唑（STZ） 氯霉素（CP） | STZ＞SMX＞CP＞SMT （pH4.0～4.25） | 氢键（磺胺类）、电荷辅助氢键（CAHB, 对CP）、π-π作用 | [ |
| 生物质浸渍于含十二烷基苯磺酸钠（SDBS）分散剂的碳纳米管（CNT）悬浮液, 干燥后600℃热解 | CNT-生物炭复合物（CNT-SDBS-HC,CNT-SDBS-BC） 山核桃木（HC）/甘蔗残渣（BC） | 磺胺吡啶（SPY），Pb(II) | R max SPY86%，Pb71%（CNT-SDBS-HC） R max SPY56%，Pb53%（CNT-SDBS-BC） | π-π相互作用、疏水作用（SPY）;表面络合、阳离子交换（Pb） | [ |
| 加入0.4g 1,3,6,8-芘四碳酸四钠盐（PySA） 后，生物质与GO悬液充分混合老化后600℃热解1h | 石墨烯氧化物（GO）包覆生物炭纳米复合物（竹屑） | 磺胺甲嘧啶 | Q m是BC的2.14倍 | π-π相互作用、孔隙充填、阳离子交换、氢键、静电引力 | [ |
| 生物炭加入壳聚糖的乙酸悬液, 充分搅拌后滴加NaOH并老化24h | 壳聚糖/生物炭水凝胶珠 （柚子皮） | 环丙沙星 | ＞76mg·g-1 (Q 0 160mg·L-1) | π-π相互作用、氢键、疏水作用 | [ |
| H3PO4浸渍生物炭 | H3PO4改性稻秆（RCA）/ 畜肥（SCA）生物炭 | 四环素 | RCA 552.0mg·g-1； SCA 365.4mg·g-1 | 氢键、π-π相互作用、静电引力 | [ |
| 改性合成方法 | 炭基吸附剂（生物质原料） | 污染物 | 脱除率（R max）/ 吸附容量（Q m） | 吸附机理 | 参考 文献 |
|---|---|---|---|---|---|
| 两种改性方式: 生物质（1）或生物炭（2）与盐溶液浸渍老化, 管式炉600℃煅烧1h | 二元多类型（Zn/Al，Mg/Al，Ni/Fe）水滑石LDH组装生物炭复合体（玉米秸秆） | P | 152.1mg·g-1 （B-Zn/Al-LDH）（1） | 层间阴离子交换、表面络合 | [ |
| 生物炭与Fe、La盐溶液共沉淀 | La(OH)3改性磁性生物炭（菠萝皮） | P | 101.16mg·g-1 （BC的28倍） | 沉淀、静电引力、配体交换、 内球络合 | [ |
| 加入Mg2+、Fe3+溶液后调pH约10，60℃充分混合4h （共沉淀）后干燥并800℃热解1h | MgFe2O4立方尖晶石改性生物炭纳米复合物（裙带菜根） | P | 80.4%；163.02mgP·g-1 （BC、MgFe2O4的13.5倍和3.7倍） | 内球络合 | [ |
| 生物质与Fe2+、Fe3+和LaCl3或CeCl3溶液混合，滴加氨水共沉淀 | 镧/铈掺杂磁性生物炭（芦苇） | P | La/Fe-BC: 20.5mg·g-1 （Ce/Fe-BC、Fe-BC的1.6倍、2.9倍） | 内球络合、静电引力 | [ |
| 生物炭与La（NO3）3化学共沉淀 | 镧改性生物炭（柚子皮） | F | 19.86mgF·g-1 | 静电引力、离子交换 | [ |
| 生物质与MgCl2溶液混合后热解 | MgO纳米片复合生物炭 （甜菜,甘蔗渣,杨木,松木,花生壳） | P NO3 --N | 835mgN·g-1（甜菜）; 95mgN·g-1（花生壳）; （BC的11倍） | — | [ |
| 生物炭（闪速热解）与FeCl3浸渍后二次热解 | α-Fe2O3/Fe3O4磁性生物炭（道格拉斯冷杉） | NO3 --N F | 15mgN·g-1; 9mgF·g-1 | 静电引力、氢键 | [ |
| 生物质与LaCl3溶液充分混合并干燥后多温度下热解（300℃、400℃、500℃、600℃）0.5h | 镧改性生物炭（橡树锯末） | NH4 +-N NO3 --N P | 10.1mgN·g-1, 100.0mgN·g-1, 142.7mgN·g-1 （2.9倍、12.2倍、5.5倍） | 路易斯酸碱作用 | [ |
| 生物质与不同浓度的镁盐浸渍老化后，于550℃焙烧1h | MgO浸渍生物炭 （甘蔗残渣） | P NH4 +-N 腐殖酸盐（HM） | 20%Mg最佳： 398mgP·g-1 22mgN·g-1 247mgHM·g-1 | 鸟粪石沉淀、静电引力、π-π相互作用 | [ |
| 生物质磷酸液活化后，分别与乙酸铵（AA） 和氯化铵（AC）溶液浸渍后微波热解（450℃，15min） | 乙酸铵活化氮掺杂生物炭 （PAB-AA/PAB-AC） （芦苇） | 酸性红18 | BC的2.41倍、2.18倍 | π-π相互作用、孔隙填充、路易斯酸碱作用、静电引力、氢键 | [ |
| ZnCl2与CMC和生物炭混合为悬液后被NaBH4还原（湿化学法） | 羧甲基纤维素（CMC）固定化 纳米ZnO/生物炭复合物 （nZORc/BC） （竹子） | 亚甲基蓝（MB） | 17.01g·kg-1 （不含CMC的20倍） | 静电引力、离子交换 | [ |
| 生物质与镁铝盐溶液（2∶1，3∶1，4∶1）混合后, 滴加NaOH （pH 10）化学共沉淀 | Mg/Al-LDH/BC复合物（牛骨） | 亚甲基蓝（MB） | 406.47mgMB·g-1 | — | [ |
| CaCl2浸渍生物质后热解 | 钙盐改性生物炭 （山核桃坚果壳） | 酸性蓝74, 活性蓝4 | BC的3倍以上 | 静电引力 | [ |
| 生物炭（400～500℃热解0.5h）KOH碱活化并干燥后683℃再热解53min | 城市固废活性生物炭 （60%纸质, 25%园林垃圾, 15%纺织品） | 对乙酰氨基酚（APAP） 亚甲基蓝（MB） | R max MB99.9%, R max APAP63.7% | 静电引力、表面络合 | [ |
| 生物质于酸液中水热炭化（200℃，3h）/生物质先于碱液中水热炭化（200℃，3h），再与上述酸液混合二次水热炭化（酸辅助/两步水热反应） | 水热炭化生物炭（竹屑） | 刚果红（CR） 2-萘酚（NP） | 90.51mgCR·g-1 72.93mgNP·g-1 | 疏水作用、表面络合 | [ |
| 蒙脱石与稻壳悬液混合（1∶1）180℃水热炭化16h，产物甲醇浸渍，再混入不同浓度KOH碱液活化 | KOH改性蒙脱石/生物炭纳米复合物（稻壳） | 17β-雌二醇（E2） 17α-乙炔基雌二醇（EE2） | 138mgE2·g-1 69mgEE2·g-1 （KOH质量比1%时） | 疏水作用、π-π相互作用、静电引力、氢键 | [ |
| 分别在400℃、600℃、800℃热解后与Fe3+、Fe2+溶液共沉淀 （超声） | 磁性生物炭纳米颗粒（甘蔗渣） | 17β-雌二醇 | 50.24mg·g-1 (400℃) 41.71mg·g-1 (800℃) 34.06mg·g-1 (800℃) | 疏水作用、π-π相互作用 | [ |
| 生物炭（400℃热解）浸渍于H3PO4并600℃热解活化2h | H3PO4活化生物炭 （蓝桉树木屑） | 雌酮（E1） 17β-雌二醇（E2） 雌三醇（E3） 17α-乙炔基雌二醇（EE2） 双酚A（BPA） 4-叔丁基苯酚（4tBP） | R max 94%～100% E1>E2≥EE2>BPA>4tBP>E3 | 电荷辅助氢键（CAHB）、氢键、π-π相互作用 | [ |
| 生物质与GO（改进Hummers法制备）悬液充分混合后600℃热解1h | 生物炭基还原石墨烯氧化物（RGO）复合材料 （玉米秸秆） | 阿特拉津Pb(Ⅱ） | 26.10mgPb·g-1 67.55mg·g-1(atrazine) | 孔隙填充、静电引力、沉淀、π-π相互作用 | [ |
| 改性合成方法 | 炭基吸附剂（生物质原料） | 污染物 | 脱除率（R max）/ 吸附容量（Q m） | 吸附机理 | 参考 文献 |
|---|---|---|---|---|---|
| 两种改性方式: 生物质（1）或生物炭（2）与盐溶液浸渍老化, 管式炉600℃煅烧1h | 二元多类型（Zn/Al，Mg/Al，Ni/Fe）水滑石LDH组装生物炭复合体（玉米秸秆） | P | 152.1mg·g-1 （B-Zn/Al-LDH）（1） | 层间阴离子交换、表面络合 | [ |
| 生物炭与Fe、La盐溶液共沉淀 | La(OH)3改性磁性生物炭（菠萝皮） | P | 101.16mg·g-1 （BC的28倍） | 沉淀、静电引力、配体交换、 内球络合 | [ |
| 加入Mg2+、Fe3+溶液后调pH约10，60℃充分混合4h （共沉淀）后干燥并800℃热解1h | MgFe2O4立方尖晶石改性生物炭纳米复合物（裙带菜根） | P | 80.4%；163.02mgP·g-1 （BC、MgFe2O4的13.5倍和3.7倍） | 内球络合 | [ |
| 生物质与Fe2+、Fe3+和LaCl3或CeCl3溶液混合，滴加氨水共沉淀 | 镧/铈掺杂磁性生物炭（芦苇） | P | La/Fe-BC: 20.5mg·g-1 （Ce/Fe-BC、Fe-BC的1.6倍、2.9倍） | 内球络合、静电引力 | [ |
| 生物炭与La（NO3）3化学共沉淀 | 镧改性生物炭（柚子皮） | F | 19.86mgF·g-1 | 静电引力、离子交换 | [ |
| 生物质与MgCl2溶液混合后热解 | MgO纳米片复合生物炭 （甜菜,甘蔗渣,杨木,松木,花生壳） | P NO3 --N | 835mgN·g-1（甜菜）; 95mgN·g-1（花生壳）; （BC的11倍） | — | [ |
| 生物炭（闪速热解）与FeCl3浸渍后二次热解 | α-Fe2O3/Fe3O4磁性生物炭（道格拉斯冷杉） | NO3 --N F | 15mgN·g-1; 9mgF·g-1 | 静电引力、氢键 | [ |
| 生物质与LaCl3溶液充分混合并干燥后多温度下热解（300℃、400℃、500℃、600℃）0.5h | 镧改性生物炭（橡树锯末） | NH4 +-N NO3 --N P | 10.1mgN·g-1, 100.0mgN·g-1, 142.7mgN·g-1 （2.9倍、12.2倍、5.5倍） | 路易斯酸碱作用 | [ |
| 生物质与不同浓度的镁盐浸渍老化后，于550℃焙烧1h | MgO浸渍生物炭 （甘蔗残渣） | P NH4 +-N 腐殖酸盐（HM） | 20%Mg最佳： 398mgP·g-1 22mgN·g-1 247mgHM·g-1 | 鸟粪石沉淀、静电引力、π-π相互作用 | [ |
| 生物质磷酸液活化后，分别与乙酸铵（AA） 和氯化铵（AC）溶液浸渍后微波热解（450℃，15min） | 乙酸铵活化氮掺杂生物炭 （PAB-AA/PAB-AC） （芦苇） | 酸性红18 | BC的2.41倍、2.18倍 | π-π相互作用、孔隙填充、路易斯酸碱作用、静电引力、氢键 | [ |
| ZnCl2与CMC和生物炭混合为悬液后被NaBH4还原（湿化学法） | 羧甲基纤维素（CMC）固定化 纳米ZnO/生物炭复合物 （nZORc/BC） （竹子） | 亚甲基蓝（MB） | 17.01g·kg-1 （不含CMC的20倍） | 静电引力、离子交换 | [ |
| 生物质与镁铝盐溶液（2∶1，3∶1，4∶1）混合后, 滴加NaOH （pH 10）化学共沉淀 | Mg/Al-LDH/BC复合物（牛骨） | 亚甲基蓝（MB） | 406.47mgMB·g-1 | — | [ |
| CaCl2浸渍生物质后热解 | 钙盐改性生物炭 （山核桃坚果壳） | 酸性蓝74, 活性蓝4 | BC的3倍以上 | 静电引力 | [ |
| 生物炭（400～500℃热解0.5h）KOH碱活化并干燥后683℃再热解53min | 城市固废活性生物炭 （60%纸质, 25%园林垃圾, 15%纺织品） | 对乙酰氨基酚（APAP） 亚甲基蓝（MB） | R max MB99.9%, R max APAP63.7% | 静电引力、表面络合 | [ |
| 生物质于酸液中水热炭化（200℃，3h）/生物质先于碱液中水热炭化（200℃，3h），再与上述酸液混合二次水热炭化（酸辅助/两步水热反应） | 水热炭化生物炭（竹屑） | 刚果红（CR） 2-萘酚（NP） | 90.51mgCR·g-1 72.93mgNP·g-1 | 疏水作用、表面络合 | [ |
| 蒙脱石与稻壳悬液混合（1∶1）180℃水热炭化16h，产物甲醇浸渍，再混入不同浓度KOH碱液活化 | KOH改性蒙脱石/生物炭纳米复合物（稻壳） | 17β-雌二醇（E2） 17α-乙炔基雌二醇（EE2） | 138mgE2·g-1 69mgEE2·g-1 （KOH质量比1%时） | 疏水作用、π-π相互作用、静电引力、氢键 | [ |
| 分别在400℃、600℃、800℃热解后与Fe3+、Fe2+溶液共沉淀 （超声） | 磁性生物炭纳米颗粒（甘蔗渣） | 17β-雌二醇 | 50.24mg·g-1 (400℃) 41.71mg·g-1 (800℃) 34.06mg·g-1 (800℃) | 疏水作用、π-π相互作用 | [ |
| 生物炭（400℃热解）浸渍于H3PO4并600℃热解活化2h | H3PO4活化生物炭 （蓝桉树木屑） | 雌酮（E1） 17β-雌二醇（E2） 雌三醇（E3） 17α-乙炔基雌二醇（EE2） 双酚A（BPA） 4-叔丁基苯酚（4tBP） | R max 94%～100% E1>E2≥EE2>BPA>4tBP>E3 | 电荷辅助氢键（CAHB）、氢键、π-π相互作用 | [ |
| 生物质与GO（改进Hummers法制备）悬液充分混合后600℃热解1h | 生物炭基还原石墨烯氧化物（RGO）复合材料 （玉米秸秆） | 阿特拉津Pb(Ⅱ） | 26.10mgPb·g-1 67.55mg·g-1(atrazine) | 孔隙填充、静电引力、沉淀、π-π相互作用 | [ |
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