近年來，將生物質(zhì)廢物通過熱解炭化轉(zhuǎn)化為生物炭、生物油和生物氣的技術(shù)受到廣泛關(guān)注。生物炭被發(fā)現(xiàn)具有固碳減排、促進(jìn)植物生長(zhǎng)，固持土壤肥力，吸附重金屬等多重環(huán)境效益。

其中，由于重金屬對(duì)人體的高危害以及對(duì)環(huán)境質(zhì)量的破壞性，將生物炭用以凈化廢水中的重金屬，受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。根據(jù)Web of Science的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在2010年—2019年10年，有超過7 000篇關(guān)于生物炭固定重金屬(鉛、鎘、鋅、銅、鉻與砷)的論文發(fā)表，且論文發(fā)表數(shù)量每年遞增(圖1)。

然而，關(guān)于生物炭的基本性質(zhì)及其對(duì)不同重金屬的固定機(jī)理缺乏系統(tǒng)總結(jié)，而針對(duì)復(fù)合生物炭固定重金屬的設(shè)計(jì)原理也少有提及?；诖?，本文對(duì)生物炭的基本結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及固定重金屬的機(jī)理做出概述，討論復(fù)合生物炭的設(shè)計(jì)及其對(duì)重金屬固定強(qiáng)化效果，并對(duì)生物炭用以凈化廢水重金屬的未來研究與挑戰(zhàn)進(jìn)行展望。

Part 1 生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生物炭過程中結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化

生物炭是利用生物質(zhì)殘?bào)w在缺氧環(huán)境中經(jīng)過熱化學(xué)反應(yīng)形成的富碳產(chǎn)物，近年來因其潛在的固碳能力、土壤改良功能、污染物修復(fù)功能等受到廣泛關(guān)注。生物炭通常于350～750 ℃溫度內(nèi)熱解制備得到，其具有如下理化特征：比表面積約10～600 m2/g，大多為介孔結(jié)構(gòu)，孔內(nèi)粗糙無序；表面形成攜帶負(fù)電荷的官能團(tuán)如羧基、酚/氫醌類物質(zhì)等；同時(shí)又富含礦物質(zhì)，如K、Ca、Mg、Fe、P等。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物炭過程中，形成的孔道結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)以及礦物組分都會(huì)顯著影響生物炭對(duì)廢水中不同重金屬的固定能力。

1.1 孔結(jié)構(gòu)的形成

生物炭的比表面積與孔道結(jié)構(gòu)受到熱解溫度的影響。一般而言，生物炭的比表面積隨著熱解溫度的上升而不斷上升，特別是當(dāng)熱解溫度超過500 ℃時(shí)，生物炭的比表面積出現(xiàn)顯著上升。在較高熱解溫度時(shí)，生物質(zhì)原材料中的脂肪族表面官能團(tuán)被破壞，并在表面形成一定的類石墨結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致了生物炭的比表面積增大。Keiluweit等的研究發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)類以及草類生物炭的比表面積隨著熱解溫度由1.6～1.8 m2/g上升至139～347 m2/g。生物炭的比表面積一般與其表面的孔體積成正比。除了熱解溫度，生物質(zhì)的原材料也會(huì)影響其比表面積與孔結(jié)構(gòu)，糞便基生物炭的比表面積與孔數(shù)量一般小于木制類或是草類生物炭。

Zhao等研究了不同生物質(zhì)原料在500 ℃熱解制備得到的生物炭的比表面積，結(jié)果顯示糞便生物炭的比表面積僅為21.9～47.4 m2/g，遠(yuǎn)低于木屑生物炭的比表面積(233 m2/g)。造成這一現(xiàn)象的可能原因是糞便中較低的碳含量，這使得其在熱解過程難以形成孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致較低的比表面積。此外，糞便生物炭中較高的礦物含量可能也會(huì)占據(jù)生物炭的孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致比表面積的降低。生物炭的比表面積與孔結(jié)構(gòu)都會(huì)顯著影響生物炭對(duì)水體重金屬的吸附固定能力與吸附機(jī)制。

1.2 表面官能團(tuán)的形成

生物炭具有豐富的表面含氧官能團(tuán)，包括羧基、羥基、醚基等。生物炭表面官能團(tuán)主要通過生物質(zhì)原料熱解過程中，木質(zhì)素與纖維素等轉(zhuǎn)化而形成的。熱解條件以及生物質(zhì)原材料顯著影響了生物炭表面官能團(tuán)的組成與含量。在較低熱解溫度下(<600 ℃)，生物炭表面官能團(tuán)主要以羥基、酚羥基以及羧基為主，但隨著熱解溫度的不斷提升，生物炭表面官能團(tuán)不斷脫氧、脫水縮聚，形成羰基及醌基等官能團(tuán)。Zhang等的研究發(fā)現(xiàn)，隨著熱解溫度的上升，生物炭表面的酚羥基轉(zhuǎn)化為醌基等官能團(tuán)。

Xu等通過研究花生殼生物炭表面官能團(tuán)隨熱解溫度的變化也證明了這一結(jié)論，較低熱解溫度時(shí)，生物炭表面主要為羥基等官能團(tuán)，而隨著熱解溫度的不斷上升，生物炭表面脂肪族官能團(tuán)含量降低，并形成更多的芳香性共軛官能團(tuán)。生物炭的原材料也會(huì)顯著地影響其表面官能團(tuán)組成。一般而言，糞便基生物炭表面官能團(tuán)含量顯著低于植物基生物炭。Xu等研究了350 ℃熱解制備得到的木屑生物炭以及牛糞生物炭表面官能團(tuán)含量，結(jié)果顯示，木屑生物炭表面含有更為豐富的羧基等含氧官能團(tuán)，而牛糞生物炭表面僅含有一定量的羥基以及羰基官能團(tuán)。生物炭表面官能團(tuán)可以為生物炭固定重金屬提供了活性位點(diǎn)，通過絡(luò)合的方式結(jié)合固定水體重金屬。此外，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，生物炭的官能團(tuán)可能起到電子供體的作用，進(jìn)而可以通過還原穩(wěn)定化的方式固定變價(jià)重金屬鉻。

1.3 礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

生物炭中的礦物質(zhì)主要來源于其原材料中的內(nèi)源礦物組分，與生物質(zhì)原材料的種類高度相關(guān)。污泥基生物炭的礦物含量一般高于30%，有時(shí)可以達(dá)到90%，而糞便基生物炭也含有20%～80%的礦物含量。與糞便基以及污泥基生物炭相比，植物基生物炭一般具有較低的礦物含量(<20%)。

K、Ca、Na、Mg、Si以及P為生物炭中主要的礦物組成。植物基生物炭中的礦物組分主要以鉀以及硅元素為主，一般以SiO2或是KCl等鉀鹽的形式存在。而糞便基以及污泥基生物炭中礦物組成更為復(fù)雜，可能含有豐富的Ca、Mg與P，可能以Ca5(PO4)3OH、CaCO3以及KMgPO4·6H2O等形式存在。污泥基生物炭中有時(shí)可能含有較為豐富的Fe、P以及Ca，它們以無定形態(tài)或是礦物態(tài)存在于污泥生物炭?jī)?nèi)。生物炭的熱解溫度也對(duì)礦物的組成含量具有影響，隨著熱解溫度的提升，生物炭有機(jī)組分不斷降低，礦物組分相對(duì)含量不斷提升，且存在著礦物晶型的轉(zhuǎn)化。

Xiao等指出，隨著熱解溫度的上升，生物炭中的礦物組分逐漸由無定形、熱力學(xué)不穩(wěn)定的礦物組分向熱力學(xué)穩(wěn)定，高結(jié)晶度的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化。以鐵元素為例，低溫?zé)峤庵苽涞玫降奈勰嗌锾恐校F主要以無定形鐵以及氫氧化鐵為主，而隨著熱解溫度的上升，其會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為高穩(wěn)定性的氧化鐵或是磁鐵礦。生物炭中豐富的礦物組成對(duì)重金屬的去除往往起到重要的作用。如糞便基生物炭中富含的P可以通過沉淀的方式將水溶態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的沉淀態(tài)，進(jìn)而起到去除的作用。

Part 2 生物炭去除不同重金屬的效果及機(jī)制

生物炭去除水中重金屬往往存在多種耦合的去除機(jī)理，包括共沉淀、官能團(tuán)絡(luò)合、靜電吸附以及離子交換等(圖2)。生物炭的內(nèi)源含氧陰離子可以通過沉淀作用固定重金屬，此外，生物炭表面的負(fù)電荷以及官能團(tuán)可以通過靜電吸附以及絡(luò)合作用吸附固定重金屬。生物炭的內(nèi)源陽離子如Ca2+與Na+也可以與重金屬發(fā)生離子交換，進(jìn)而固定重金屬。生物炭具有相當(dāng)?shù)倪€原活性，也可以通過電子傳遞過程還原固定一些氧化態(tài)的重金屬如鉻。人們對(duì)去除效果與機(jī)理已有了一定的研究，有了較為深入的認(rèn)識(shí)(表1)。

2.1 生物炭對(duì)鉛(Pb)的去除

生物炭對(duì)廢水中的重金屬Pb具有很好的去除效果，其對(duì)Pb2+的吸附固定效果最高可以達(dá)到約150 mg/g。生物炭對(duì)Pb的固定主要通過共沉淀、離子交換以及官能團(tuán)絡(luò)合吸附去除。糞便基生物炭對(duì)Pb的去除效果一般優(yōu)于植物基生物炭。生物炭中普遍含有一定量的碳酸鹽，而糞便基或是污泥基生物炭中具有極為豐富的磷酸鹽，這些生物炭?jī)?nèi)源的含氧酸鹽可以通過與Pb共沉淀進(jìn)而起到去除污水中Pb的作用。Cao等研究發(fā)現(xiàn)，牛糞生物炭中豐富的磷元素可以與Pb形成堿式碳酸鉛或是β-磷酸鉛等形式的沉淀物。Zhang等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，除了磷酸鹽，生物炭?jī)?nèi)源碳酸鹽以及硫酸鹽也可以與Pb形成碳酸鉛或是硫酸鉛等沉淀物，達(dá)到廢水中Pb2+的去除。除了通過共沉淀，離子交換以及官能團(tuán)絡(luò)合也是生物炭，特別是植物基生物炭，去除Pb的主要固定機(jī)制。Lu等的研究顯示，污泥生物炭可以有效地通過離子交換與絡(luò)合效應(yīng)吸附固定溶液中的Pb2+，38.2%～42.3% Pb2+通過官能團(tuán)絡(luò)合固定而57.7%～61.8% Pb2+通過與Ca2+或是Mg2+發(fā)生離子交換而固定。總而言之，生物炭可以通過沉淀、離子交換以及官能團(tuán)絡(luò)合固定重金屬鉛。

2.2 生物炭對(duì)鎘(Cd)的去除

生物炭主要通過共沉淀以及官能團(tuán)絡(luò)合完成對(duì)Cd的去除，其去除機(jī)理與Pb的去除機(jī)理相類似。但生物炭對(duì)Cd的固定效果往往低于Pb。Ding等研究了不同溫度制備得到的鳳眼蓮生物炭對(duì)Pb與Cd的去除效果，發(fā)現(xiàn)生物炭對(duì)Cd的固定效果遠(yuǎn)弱于Pb。不同原材料的生物炭對(duì)Cd的固定效果以及主要固定機(jī)制存在明顯不同，Xu等研究了牛糞生物炭與木屑生物炭對(duì)Cd的去除效果與機(jī)制，結(jié)果顯示牛糞生物炭對(duì)Cd的去除效果優(yōu)于木屑類生物，且兩者的主要去除機(jī)質(zhì)存在明顯的不同。糞便基生物炭富含礦物元素，進(jìn)而通過釋放與和Cd形成磷酸鎘以及碳酸鎘沉淀，完成對(duì)Cd的固定。而木屑類生物炭表面的羥基以及羧基官能團(tuán)可能通過絡(luò)合作用絡(luò)合固定Cd進(jìn)而完成對(duì)Cd的去除。生物炭對(duì)Cd的固定也受到pH的顯著影響。較低的pH下，生物炭無法有效地固定Cd，而當(dāng)pH值大于5時(shí)，生物炭對(duì)Cd的固定效率顯著提升?？傊?，沉淀固定以及官能團(tuán)絡(luò)合是生物炭對(duì)于鎘的主要固定機(jī)制。

2.3 生物炭對(duì)鋅(Zn)的去除

與生物炭?jī)?nèi)源含氧酸鹽的共沉淀是生物炭與Zn的主要固定方式之一。此外，官能團(tuán)絡(luò)合可能是生物炭固定Zn的重要固定機(jī)制。Silios-Llamas等發(fā)現(xiàn)，生物炭表面的羥基與羧基官能團(tuán)是主要的絡(luò)合官能團(tuán)，兩者的含量決定了生物炭對(duì)重金屬Zn的固定效果。Alam等通過紅外光譜以及EXAFS進(jìn)一步證實(shí)了這一結(jié)論，Zn與生物炭表面的羧基與羥基形成Zn-O鍵等結(jié)合結(jié)構(gòu)。此外他們也發(fā)現(xiàn)，生物炭中的Si可能也對(duì)Zn的固定起到了一定的作用，Zn可能與Si結(jié)合，以Zn2SiO4的形式固定于生物炭表面。生物炭對(duì)廢水Zn的固定也受到水體pH的影響，較高的pH有利于Zn的固定。綜上所述，生物炭通過內(nèi)源含氧酸鹽的共沉淀以及官能團(tuán)絡(luò)合的綜合作用去除重金屬鋅。

2.4 生物炭對(duì)銅(Cu)的去除

生物炭通過多種固定機(jī)制耦合去除廢水中的Cu。Wei等發(fā)現(xiàn)，生物炭?jī)?nèi)源的以及可能通過共沉淀的方式固定Cu。此外，官能團(tuán)絡(luò)合以及離子交換也對(duì)Cu的固定起到了重要的作用。Park等發(fā)現(xiàn)，表面吸附以及離子交換是生物炭去除水中Cu的固定機(jī)理，而離子交換可能是主要的固定方式。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，生物炭可能對(duì)吸附固定在表面的Cu(II)存在還原作用。生物炭可能作為電子供體提供電子，將吸附在生物炭表面的Cu(II)還原為Cu(I)。生物炭表面的羥基可能在這一過程中起到了電子供體的作用。生物炭對(duì)Cu的固定效果受到制備溫度以及反應(yīng)pH的影響。Li等發(fā)現(xiàn)，較弱的酸性(pH值=6)以及較高的熱解制備溫度(600～700 ℃)有利于米草以及水葫蘆制備的生物炭對(duì)Cu的去除效果。總之，沉淀、官能團(tuán)絡(luò)合、離子交換以及還原作用可能都參與了生物炭對(duì)重金屬銅的固定去除。

2.5 生物炭對(duì)鉻(Cr)的去除

Cr可能同時(shí)以Cr(III)與Cr(VI)存在于環(huán)境中。Cr(VI)相較于Cr(III)具有更高的毒性，并且往往是污水中的主要存在形態(tài)。Cr(VI)以含氧酸鹽的陰離子形態(tài)存在，相較于陽離子重金屬，陰離子型Cr(VI)較難與表面負(fù)電荷的生物炭發(fā)生靜電吸附。

Dong等研究發(fā)現(xiàn)，在較低pH下，生物炭可能可以通過官能團(tuán)絡(luò)合固定溶液中的鉻，導(dǎo)致溶液中的Cr(VI)濃度降低，但是這一固定過程可能是在還原過程后發(fā)生的；Xu等的研究發(fā)現(xiàn)，生物炭在固定Cr(VI)后，表面固定的Cr以Cr(III)為主，這表明生物炭可能先將Cr(VI)還原為Cr(III)后，再通過官能團(tuán)或是靜電吸附固定生成的陽離子Cr(III)。生物炭的熱解溫度顯著影響了其還原固定Cr(VI)的效果。

Xu等研究了不同熱解溫度花生殼生物炭對(duì)Cr(VI)的還原穩(wěn)定化效果，結(jié)果顯示，隨著熱解溫度的上升，生物炭對(duì)Cr(VI)的還原能力先下降后上升，而其對(duì)總Cr的吸附能力不斷上升。這主要?dú)w結(jié)于生物炭隨著熱解溫度表面還原性官能團(tuán)的變化以及不斷上升的比表面積。除了單獨(dú)作為還原劑以及吸附材料去除Cr(VI)，生物炭也可以起到催化劑，催化弱還原劑還原Cr(VI) ，隨后通過自身的吸附能力進(jìn)一步固定還原產(chǎn)生的Cr(III)。Xu等的研究表明，有機(jī)酸可能可以起到弱電子供體的作用在生物炭的介導(dǎo)下參與還原穩(wěn)定Cr(VI)。通過生物炭協(xié)同廢水中的還原性有機(jī)質(zhì)還原穩(wěn)定Cr(VI)可能是具有應(yīng)用前景的污水Cr(VI)修復(fù)手段。綜上所述，生物炭還原Cr(VI)后再通過官能團(tuán)固定還原產(chǎn)生的Cr(III)是主要的對(duì)鉻固定機(jī)制。

2.6 生物炭對(duì)砷(As)的去除

絕大多數(shù)植物基生物炭對(duì)As的固定作用較弱，無法有效地去除廢水中的As，去除效率一般小于10 mg/g。生物炭可能可以通過自身的氧化還原能力改變?nèi)芤褐蠥s(V)與As(III)的賦存形態(tài)，但As(V)與As(III)都為含氧陰離子型金屬，故較難與負(fù)電荷生物炭發(fā)生吸附。僅有部分研究發(fā)現(xiàn)植物基生物炭，如高溫制備的紫蘇葉生物炭，可以起到對(duì)水體As的固定作用。污泥基生物炭對(duì)廢水中As的去除效果優(yōu)于植物基生物炭。污泥在熱解過程中形成的無定形鐵可以通過吸附作用固定As。相較于陽離子型重金屬以及易被還原固定的Cr(VI)，生物炭本身較難固定溶液中的As，通過富含內(nèi)源鐵的污泥生物炭或是通過人為改性生物炭可能是理想的去除溶液As的方法。

Part 3 復(fù)合生物炭的設(shè)計(jì)及其對(duì)固定重金屬的強(qiáng)化效果

生物炭已經(jīng)被證明對(duì)于不同重金屬都具有一定的去除效果。為了進(jìn)一步強(qiáng)化生物炭對(duì)重金屬，特別是陰離子型重金屬砷與鉻的去除效果，學(xué)者們通過負(fù)載金屬與生物炭表面，制備得到具有對(duì)重金屬高去除能力的復(fù)合生物炭。這種負(fù)載特定的金屬制備復(fù)合生物炭，用以提升固定重金屬能力的設(shè)計(jì)在近年來受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注(表2)。

3.1 鐵復(fù)合生物炭強(qiáng)化對(duì)As的固定作用

通過負(fù)載鐵的過程改性生物炭增強(qiáng)其對(duì)As的固定作用受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。通過鐵改性的過程，可以顯著地增強(qiáng)生物炭的表面電荷，提升生物炭的比表面積以及改變生物炭表面官能團(tuán)，鐵復(fù)合生物炭往往具有較強(qiáng)的磁性，進(jìn)而可以通過磁性從廢水中回收固定As后的生物炭。

常用的復(fù)合方法包括溶液浸漬法、共沉淀法以及共熱解法。鐵復(fù)合后的生物炭可以通過靜電吸附、Fe-O-As成鍵以及表面絡(luò)合等方式固定重金屬As(V)。Wang等通過600 ℃共熱解松木木屑以及赤鐵礦制備得到了γ-Fe2O3負(fù)載的木屑生物炭，發(fā)現(xiàn)其對(duì)于水體As(V)具有極強(qiáng)的去除作用，生物炭上負(fù)載的γ-Fe2O3顆粒起到了吸附位點(diǎn)的作用。

Zhang等通過FeCl3溶液浸漬法同樣制備得到了γ-Fe2O3顆粒負(fù)載的生物炭，其可以有效地去除溶液As(V)，并可以通過磁鐵快速地與溶液分離。除了直接的吸附固定作用，零價(jià)鐵復(fù)合的生物炭可能對(duì)于As(V)具有一定的還原作用。Bakshi等將含鐵礦石與柳枝在900 ℃共熱解制備得到了零價(jià)鐵復(fù)合的生物炭，發(fā)現(xiàn)零價(jià)鐵在吸附過程中可以將As(V)還原為As(III)，并進(jìn)一步將其固定在生成的α-/γ-FeOOH上，此外，As(III)可能還會(huì)與Fe(III)形成Fe/AsOOH的復(fù)合礦物。

3.2 還原性鐵復(fù)合生物炭強(qiáng)化對(duì)Cr(VI)的還原固定作用

通過負(fù)載還原性鐵，如零價(jià)鐵或是氧化亞鐵，用以還原Cr(VI)，是一種有效的提升生物炭對(duì)Cr(VI)的還原穩(wěn)定化能力的方法。還原、吸附以及共沉淀是復(fù)合生物炭對(duì)Cr(VI)的主要固定機(jī)制。復(fù)合生物炭中的還原性鐵可以直接與Cr(VI)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，還原得到的Cr(III)可以被吸附在生物炭表面或是與Fe形成鐵鉻復(fù)合礦物(Cr2FeO4)。復(fù)合生物炭中的還原性鐵含量往往決定了其對(duì)Cr(VI)的固定作用。

Yi等研究了不同生物質(zhì)通過浸漬法制備得到的還原性鐵復(fù)合生物炭對(duì)Cr(VI)的還原固定作用。結(jié)果顯示，生物質(zhì)原料的纖維素含量以及灰分含量決定了制備得到生物炭中的Fe(II)的含量，而Fe(II)的含量決定了復(fù)合生物炭對(duì)Cr(VI)的還原固定效果。除了直接與Cr(VI)發(fā)生氧化還原反應(yīng)外，復(fù)合生物炭中的鐵還可能起到催化劑的作用，幫助傳遞生物炭上的電子還原Cr(VI)，加快生物炭對(duì)Cr(VI)的還原能力[79-80]。

3.3 納米顆粒復(fù)合生物炭強(qiáng)化對(duì)Pb/Cd/Cu的吸附固定作用

納米金屬氧化物顆粒復(fù)合生物炭往往具有較高的比表面積以及反應(yīng)活性，制備納米金屬顆粒復(fù)合生物炭可以通過浸漬后熱解法、熱解后負(fù)載法以及直接熱解富含金屬元素的生物炭三種方法制備得到。負(fù)載納米顆粒后的生物炭往往具有較強(qiáng)的吸附能力。

Wang等研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)載納米γ-Fe2O3-SiO2后的樹葉生物炭對(duì)水溶液中Pb(II)的固定能力大大提升，其最大吸附量由37.40 mg/L提升至146.84 mg/L。Zhou等制備了Mn-Fe二元氧化物納米顆粒負(fù)載的生物炭，發(fā)現(xiàn)其對(duì)Cu的最大吸附量由21.7 mg/L提升至64.9 mg/L，而將其對(duì)Cd的最大吸附量由28.0 mg/L提升至101 mg/L，負(fù)載納米顆粒提升了生物炭對(duì)兩種重金屬的固定效果。納米顆粒提升生物炭對(duì)重金屬Pb、Cd、Cu的固定能力有以下3個(gè)方面的原因：

(1)納米金屬氧化物顆?？梢源蟠筇嵘龔?fù)合材料的比表面積[84]，從而增加生物炭對(duì)重金屬的吸附能力；

(2)納米顆粒的負(fù)載提升了生物炭表面官能團(tuán)的含量，進(jìn)而提升生物炭絡(luò)合固定重金屬的能力；

(3)納米金屬顆粒可以直接與重金屬成鍵，形成如Fe-O-Cd等結(jié)構(gòu)，進(jìn)而完成固定。

Part 4 總結(jié)與展望

生物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化為生物炭用以去除廢水中的重金屬，可以同時(shí)起到廢棄物資源化利用以及重金屬?gòu)U水處理的雙重環(huán)境效益。生物炭具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)以及內(nèi)源礦物組分，可以通過離子交換、表面吸附、官能團(tuán)絡(luò)合、沉淀固定以及還原等方式固定水體重金屬。通過設(shè)計(jì)制備復(fù)合生物炭可以有效地提升生物炭對(duì)重金屬的固定能力，常用的復(fù)合生物炭設(shè)計(jì)包括鐵復(fù)合生物炭固定重金屬砷，還原性鐵復(fù)合生物炭固定重金屬鉻以及納米顆粒復(fù)合生物炭固定重金屬鉛、銅、鎘等。通過設(shè)計(jì)復(fù)合生物炭提升其對(duì)重金屬的固定效果已成為近年來的研究熱點(diǎn)。

盡管如此，生物炭去除廢水重金屬在實(shí)際應(yīng)用過程中仍面對(duì)一定的挑戰(zhàn)和問題。

第一，生物炭的原料以及制備條件會(huì)顯著地影響生物炭的性質(zhì)以及去除污水重金屬的效果。如何制備標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一、性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的生物炭或是改性生物炭仍需進(jìn)一步的研究。

第二，生物炭的制備工藝仍需進(jìn)一步的研究，目前為止，生物炭的制備往往通過管式爐小批量的生產(chǎn)。大批量生產(chǎn)制備生物炭或是改性生物炭的設(shè)備工藝仍需進(jìn)一步的開發(fā)。

最后，生物炭或是改性生物炭在實(shí)際重金屬?gòu)U水中的應(yīng)用研究仍然較少，更多的實(shí)際廢水處理以及生物炭與現(xiàn)有重金屬?gòu)U水處理工藝的耦合處理方式有待進(jìn)一步的探索。