BIOCHAR│生物炭和生物炭基复合材料对有机物和无机物去除作用综述
生物炭来源广泛，各种植物的根、茎、叶、果实都可以作为生物炭的来源，植物中含有的纤维素，半纤维素，木质素为生物炭提供了丰富的孔径结构和大量的功能基团 (-COOH、-C-O-R、-C-OH)，这些结构的存在使得生物炭在去除污染物方面表现优异。因此生物炭以其价格低廉，来源广泛，具有巨大的比表面积和孔径结构，在污染物处理方面展现了越来越大的应用潜力。然而生物炭在水修复中的应用依然存在诸多局限。为了解决这些问题，越来越多的学者将生物炭进行了改性，制备成了生物炭基复合材料，这些材料不仅改良了生物炭的物理化学性质，而且新形成的材料具备了生物炭和结合材料的共同优点。这篇论文综述了近几年学者们对生物炭和生物炭基材料的研究进展，从生物炭的制备方法，生物炭的物理化学性质，生物炭对污染物的去除性能及潜在的作用机理等方面进行了深入讨论。生物炭及生物炭基材料可以有效的去除污染物，包括各种无机物和有机物。同时，论文进一步对生物炭在应用的过程中是否存在环境风险也进行了讨论。生物炭能否最终被大规模使用取决于生物炭基材料的环境稳定性和生物毒性。该综述可以帮助新进入生物炭领域的研究人员，以最快的速度了解生物炭及生物炭基材料在环境治理方面的研究进展。
生物质的来源和制备生物炭的炭化过程是影响生物炭物理化学性质的主要影响因素。目前炭化方法主要有热解、水热炭化和气化三种。结果如下面两个表格所示，不同的热解温度和升温速率对生物炭的产率、灰分、比表面积、孔体积、pH、芳香性和极性产生较大影响。
研究综述了各种生物炭基复合材料的制备方法，包括磁性生物炭的制备，纳米金属氧化物/氢氧化物生物炭复合材料及其他种类功能化生物炭的制备，复合材料的制备提升了生物炭的各项物理化学性质，但是有研究发现复合材料制备过程中存在能耗较高、致癌物质泄露、负载的纳米材料通过接触进入细胞膜等问题。
研究进一步综述了，不同生物炭对无机物和有机物的去除效果，不同来源的生物炭对各种重金属和有机物都有较好的去除效果。重金属不能被生物降解，而且容易通过食物链在人体富集，长时间接触容易导致内分泌紊乱，癌症和其他一些疾病，而生物炭可以通过吸附、离子交换、静电作用、络合作用、沉淀作用将污染物去除。利用原始生物炭对无机物的去除Qmax为 7×10-3 ~161.9 mg/g，而利用生物炭基复合材料对无机物的去除Qmax为31~904 mg/g。有机污染物具有复杂的芳香结构，毒性高，存在生物降解性差等问题，在对有机污染物如染料、苯酚、杀虫剂和抗生素等进行综述时发现，复合材料对有机污染物的去除能力均高于原始生物炭。
前期的生物炭改性集中在利用酸、碱或负载纳米材料等方面进行，论文又进一步的综述了一些新的对生物炭的改性策略，比如将生物炭做为载体，将微生物负载其上，提高微生物的生物降解效率。由于生物炭在水处理过程中存在密度低，颗粒小，难以回收利用，将其制备成生物滤膜或者2D、3D膜可有效的改善生物炭难以回收的难题。
生物炭虽然可以有效的去除污染物，但是还是不可避免的存在一些问题。首先，在生物炭制备的过程中会产生大量的有毒物质，比如PAHs、二噁英 (PCDD 和PCDF)、丙烯醛等。PAHs的产生量跟水解温度密切相关，温度为400度时，PAHs浓度为8.6×102 μg/kg，当温度升高为700度时，PAHs的浓度降低为5.9×102 μg/kg。同时，高毒性的PCDD 和PCDF，当温度为300度时产生610 pg/g，而700度时降低为67 pg/g。其次，生物炭的毒性和它的粒径和投量相关，使用1 %和3 %投量的生物炭能够降低土壤中硝草酮对蚯蚓的毒性，但当投量增大为10 %时反而导致土壤中蚯蚓DNA受损。再次，高温制备的生物炭pH偏碱性，施入土壤后，可能会影响土壤的pH而导致土壤中生物对物质的利用性改变。此外，生物炭可以吸附农药，导致土壤中农药的利用率下降。生物炭反应过程会产生自由基，导致氧化应激和诱导细胞毒性，从而影响植物发芽、使生长受限、质膜损伤。除了生物炭本身带来的危害，在制备生物炭基材料的时候，添加的各种纳米材料，或者酸、碱改性都对生物的生长产生影响，因此，今后的研究不光要注重生物炭及生物炭基材料对污染物去除效能，还要注意材料的使用是否绿色环保和生物安全。
该成果近期以“Review of organic and inorganic pollutants removal by biochar and biochar‑based composites” 为题在线发表于生物炭研究领域国际权威期刊BIOCHAR上。论文第一作者为绍兴文理学院梁丽萍副教授，通讯作者为胡保卫和王祥科教授。该研究得到了国家自然科学基金项目和同济大学污染控制国家重点实验室开放课题等项目联合支持。
论文链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s42773-021-00101-6
BIOCHAR于2019年3月创刊，期刊编委会由生物炭领域世界知名专家组成，沈阳农业大学陈温福院士担任主编，美国阿肯色大学李延斌教授和沈阳农业大学孟军教授担任执行主编，中国农业大学张福锁院士、中国林业科学研究院蒋剑春院士、韩国高丽大学Yong Sik Ok教授、德国伍珀塔尔大学Jörg Rinklebe教授、佛山科学技术学院王海龙教授、美国马萨诸塞大学邢宝山教授共同担任副主编。
期刊涵盖农业科学、环境科学、材料科学等领域，下设生物炭制备、生物炭材料、生物炭与可持续农业、生物炭与生态环境、生物炭与气候变化、生物炭与农村发展等栏目，接收综述、观点、原创研究、快报、短评等文章。
创刊至今，BIOCHAR坚持高水平、国际化、严标准的办刊策略，得到了国内外同行学者的广泛认可。2020年7月，期刊成功入选中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目，并先后被Scopus以及SCI等多家国际知名数据库收录。BIOCHAR作为全球第一本生物炭领域期刊，将为推动相关学科发展起到积极的作用，并将有助于我国相关领域的国际影响力的提升。
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