生物炭对水中重金属离子的去除研究进展
1. 天水师范学院, 化学工程与技术学院, 甘肃天水 741000
2. 甘肃省农业固体废弃物资源化利用重点实验室, 甘肃天水 741000
3. 天水师范学院, 生物工程与技术学院, 甘肃天水 741000
| 摘 要： | 随着工业的快速发展，重金属通过采矿、冶炼、电池制造等行业排放的污水进入水体中，导致水体污染问题日益突出，给人类健康和生态环境造成严重威胁。生物炭因其成本低、比表面积大、表面官能团丰富、吸附能力优良等优点，在重金属吸附领域受到广泛关注。本文在介绍生物炭的原料来源、制备技术、改性方法的基础之上，对近年来水环境修复与治理领域中，生物炭对水中Cd2+、Pb2+、Cu2+等重金属离子去除的研究工作做了较为详细的综述，并总结了可能的吸附机理，以期为生物炭在环境修复与治理领域水体重金属去除的应用提供理论基础。 |
| 关 键 词： | 生物炭; 水污染; 重金属离子; 吸附机理; 环境修复 |
| DOI： | 10.57237/j.wjese.2023.03.001 |
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收稿日期: 2023-11-13
接受日期: 2023-12-06
在线出版日期: 2023-12-27
Research Progress on Removal of Heavy Metal Ions from Water by Biochar
1. School of Chemical Engineering and Technology, Tianshui Normal University, Tianshui 741000, China
2. School of Bioengineering and Technology, Tianshui Normal University, Tianshui 741000, China
| Abstract: | With the rapid development of urbanization and industrialization, the problem of heavy metal pollution has become increasingly prominent. Heavy metal elements are migratory and undegradable. They could enter the water with the industry discharge, and course the serious threat to human health and ecological environment. It is urgent to develop economic and efficient technology on heavy metal removal. Biochar has been widely used in heavy metal removal from water process, due to its advantages such as low cost, large specific surface area, abundant surface functional groups and excellent adsorption capacity. In this paper, preparation, modification, and application of biochar in recent years are reviewed. Especially the removal of Cd2+, Pb2+, Cu2+ and other heavy metal ions in water are summarized. And the possible adsorption mechanisms are summarized. It will provide a theoretical basis for the application of biochar on removal heavy metals in water of environmental remediation and treatment. |
| Keywords: | Biochar; Water Pollution; Heavy Metal Ions; Adsorption Mechanism; Environmental Remediation |
基金
| 1. | 天水师范学院2021年麦积山专项项目 (MJS2021-05) |
| 2. | 甘肃省高校青年博士支持项目 (2023QB-009) |
| 3. | 甘肃省科技计划资助项目 (23CXGE0005) |
| 4. | 甘肃省高等学校创新能力提升项目 (2021B-201) |
参考文献
| [1] | 孙家森, 郭瑶. 水环境质量影响因素及水生态环境保护措施分析 [J]. 资源节约与环保, 2022(08): 13-16. |
| [2] | 陈军, 丁聪. 基于重金属污染治理的环境保护管理措施 [J]. 皮革制作与环保科技, 2023, 4(02): 103-105. |
| [3] | 于天宇, 胡思雨. 水体重金属污染现状及治理方法概述 [J]. 建筑与预算,2019(06): 75-78. |
| [4] | 周秀英, 韩晓燕, 罗欢. 水体重金属污染概况及其治理技术研究进展 [J]. 广东化工, 2021, 48(19): 128+141. |
| [5] | 高飞飞. 活性炭纤维对水中重金属离子的吸附分析 [J]. 世界有色金属, 2019(09): 221-222. |
| [6] | 陈俊, 郑福辉, 冯薪润, 伍健健, 许佳峰, 汤涵, 周崇松, 蒋建宏, 邓斌, 李家元. 废水中重金属离子脱除方法研究现状及展望 [J]. 湘南学院学报, 2019, 40(05): 21-28. |
| [7] | 刘旭静, 李明飞. 农业废弃物制备活性炭的研究进展 [J]. 高分子通报, 2021(07): 33-42. |
| [8] | 宋少花, 徐金兰, 宋晓乔, 于媛. 磁性生物质炭的制备及在污染水体中的应用 [J]. 化工进展, 2022, 41(12): 6586-6605. |
| [9] | 夏美玲, 王允圃, 张淑梅, 曾媛, 刘玉环, RUAN Roger. 油茶壳综合利用研究进展 [J]. 生物质化学工程, 2021, 55(06): 26-38. |
| [10] | 陈温福, 张伟明, 孟军等. 生物炭应用技术研究 [J]. 中国工程科学, 2011, 13(2): 83-89. |
| [11] | 任雷. 生物炭技术在废水处理中的应用 [J].广东化工,2023, 50(09): 172-174. |
| [12] | 孙家婉, 张振华, 赵玉萍, 樊广萍, 高岩, 卢信. 生物炭改性及其在农田土壤重金属修复中的应用研究进展 [J]. 江苏农业科学, 2022, 50(10): 9-15. |
| [13] | 曲衍桦. 三峡消落带狗牙根氮磷释放及生物炭减控技术研究 [D]. 重庆三峡学院, 2019. |
| [14] | Xue Y. W., Gao B., Yao Y., et al. Hydrogen peroxide modification enhances the ability of biochar (hydrochar) produced from hydrothermal carbonization of peanut hull to remove aqueous heavy metals: Batch and column tests [J]. Chemical Engineering Journal, 2012, 200–202, 673–680. |
| [15] | 刘彩玲, 徐慧娴, 曹诗颖, 许辉, 祝林斌, 廉晶晶, 黄巍. 改性污泥基生物炭吸附废水中无机污染物的研究进展 [J]. 湖北理工学院学报, 2023, 39(02): 15-20+68. |
| [16] | 魏思洁, 王寿兵. 生物炭制备技术及生物炭在生态环境领域的应用新进展 [J]. 复旦学报(自然科学版), 2022, 61(03): 365-374. |
| [17] | 赵明静. 改性生物炭的制备及其对Pb2+的吸附作用 [D]. 河北师范大学, 2017. |
| [18] | 李杰, 高洪涛. 壳聚糖复合磁性生物炭吸附去除水中Cu(II)的性能和机理 [J]. 青岛科技大学学报(自然科学版), 2018, 39(02): 16-20. |
| [19] | 孙梦临. 重金属离子吸附材料的研究进展 [J]. 现代盐化工, 2022, 49(02): 3-4. |
| [20] | 张园, 耿春女, 蔡超. 铅暴露对人体健康风险评价的模型综述 [J]. 环境化学, 2013, 32(06): 943-951. |
| [21] | 高永强, 马燕. 铅对人体的危害 [J]. 内蒙古环境科学, 2007(03): 115-117. |
| [22] | 郭婷, 何忠俊, 李冬雪, 李昕悦, 梁社往, 熊俊芬, 洪常青. 三七各器官Cu、Cr、Cd、Pb含量特征及其健康风险评价 [J]. 广东农业科学, 2022, 49(01): 22-29. |
| [23] | 常帅帅, 张学杨, 王洪波, 李梅, 谭珍珍. 木屑生物炭的制备及其对Pb2+的吸附特性研究 [J]. 生物质化学工程, 2020, 54(03): 37-44. |
| [24] | 张连科, 刘心宇, 王维大, 李玉梅, 孙鹏, 尚少鹏, 姜庆宏. 油料作物秸秆生物炭对水体中铅离子的吸附特性与机制 [J]. 农业工程学报, 2018, 34(07): 218-226. |
| [25] | 朱晓晓, 张涛, 李赛君等. 芹菜源生物炭对水中重金属离子的高吸附性能 [C]//中国环境科学学会. 第六届重金属污染防治及风险评价研讨会暨重金属污染防治专业委员会2016年学术年会论文集, 2016: 344-347. |
| [26] | 秦婷婷, 王兆炜, 朱俊民, 谢超然, 李艳, 谢晓芸. 花椰菜基生物炭对水中Pb(II)的吸附性能 [J]. 环境科学学报, 2017, 37(08): 2977-2988. |
| [27] | 石晓磊, 安焱, 王章鸿, 杨成, 王雅洁, 范百龄. 两种生物炭对铅离子的吸附特性及其机制 [J]. 有色金属工程, 2023, 13(04): 127-135. |
| [28] | 张震, 田追, 杨斌, 杨金辉, 周书葵, 于秀明, 朱文韬. 生物炭改性技术及对重金属去除研究进展 [J]. 煤炭与化工, 2023, 46(03): 154-160. |
| [29] | 鲁秀国, 郑宇佳, 武今巾. 改性核桃壳生物炭对模拟水样中Pb(II)的吸附性能研究 [J]. 离子交换与吸附, 2021, 37(01): 26-41. |
| [30] | 赵明静, 杜霞, 郭萌. CaCl2改性生物炭的制备及其对Pb2+的吸附作用 [J]. 环境污染与防治, 2016, 38(10):84-88. |
| [31] | 毕景望, 单锐, 韩静,等. 改性西瓜皮生物炭的制备及其对Pb(II)的吸附特性 [J]. 环境科学, 2020, 41(4): 9. |
| [32] | 曹玮, 周航, 邓贵友. 改性谷壳生物炭负载磁性Fe去除废水中Pb2+的效果及机制 [J]. 环境工程学报, 2017, 011(003): 1437-1444. |
| [33] | 徐大勇, 张苗, 杨伟伟. 氧化铝改性污泥生物炭粒制备及其对Pb(II)的吸附特性 [J]. 化工进展, 2020, 39(3): 14. |
| [34] | 朱晓丽, 程燕萍, 申烨华, 张子夜, 王军强, 尚小清. 核桃青皮生物炭对重金属的吸附效应分析 [J/OL]. 环境科学: 1-20 [2023-05-22]. |
| [35] | 刘烨, 周佳浩. 生物炭对重金属离子的竞争吸附作用研究 [J]. 当代化工, 2022, 51(09): 2105-2109+2113. |
| [36] | 李楠. 一种磁性生物炭材料对水中Cu2+的吸附机理研究 [J]. 山西化工, 2016, 36(6): 4. |
| [37] | 吕贵芬, 杨涛, 李建国. 热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu2+的影响 [J]. 安徽农业科学, 2017, 45(7): 3. |
| [38] | 李美萍, 董程, 王微, 张生万, 张金才. 辣木籽壳生物炭对溶液中Cu2+的吸附性能研究 [J].中国农学通报,2020,36(34): 84-89. |
| [39] | 李微, 张冀, 朱心雨, 潘文浩, 祝雷. 鸡蛋壳生物炭制备及其对Cu(II)和苯胺吸附研究 [J/OL]. 环境工程: 1-13 [2023-05-22]. |
| [40] | 彭碧媛, 高良敏. 不同温度下制备的椰壳生物炭对水中Cu(II)的吸附研究 [J]. 环境保护前沿, 2022, 12(1): 11. |
| [41] | 肖芳芳, 张莹莹,程建华. 壳聚糖／磁性生物碳对重金属Cu(II)的吸附性能 [J]. 环境工程学报, 2019, 13(05): 1048-1055. |
| [42] | 赵建兵, 朱俊波, 庄长福, 郑志锋, 李双庆, 李雪梅. 玉米秸秆生物炭对水中铅、镉的去除性能及作用机理研究 [J]. 生物质化学工程, 2022, 56(04): 15-24. |
| [43] | 杨康, 许艳红, 刘佳梁, 梁薇. 水稻秸秆生物炭对水中Cd2+的吸附性能 [J]. 北华大学学报(自然科学版), 2021, 22(05): 695-700. |
| [44] | 金冠宇, 李卫华, 杨厚云. 污泥基生物炭对重金属Cd2+的吸附性能 [J]. 安徽建筑大学学报, 2020, 28(04): 21-27+116. |
| [45] | 张凤智, 王敦球, 曹星沣, 刘桥京, 岳甜甜, 刘立恒. 高锰酸钾改性椰壳生物炭对水中Cd(II)和Ni(II)的去除性能及机制 [J/OL]. 环境科学: 1-13 [2023-05-31]. |
| [46] | 王泽亚, 龚香宜, 任大军, 孟德康, 吴凤英. β-环糊精改性梧桐叶基生物炭对水中镉离子的去除研究 [J]. 功能材料, 2022, 53(08): 8092-8098. |
| [47] | 白马, 柴友正, 陈安伟, 袁佳仪, 彭程, 王雪芹. 尖晶石型双金属修饰生物炭对水中镉的去除 [J]. 农业环境科学学报, 2022, 41(07): 1544-1554. |
| [48] | 夏广洁, 宋萍, 邱宇平. 牛粪源和木源生物炭对Pb(II)和Cd(II)的吸附机理研究 [J]. 农业环境科学学报, 2014, 33(3): 569-575. |
| [49] | 孔德花, 魏育东. 生物炭对重金属离子Pb2+和Cd2+的吸附作用研究 [J]. 内蒙古石油化工, 2015, 41(01): 11-13. |
| [50] | 戴静, 刘阳生. 四种原料热解产生的生物炭对Pb2+和Cd2+的吸附特性研究 [J]. 北京大学学报(自然科学版), 2013, 49(06): 1075-1082. |
| [51] | 周建花, 宋秋阳, 罗维, 吴光红. 生物炭/粉煤灰去除废水中Hg2+和Cd2+ [J]. 环境科学与技术, 2021, 44(S2): 245-252. |
| [52] | Fangfang Wu, Long Chen, Peng Hu, Xia Zhou, Huoqiang Zhou, Duanhua Wang, Xiangyang Lu and Baobin Mi. Comparison of properties, adsorption performance and mechanisms to Cd(II) on lignin-derived biochars under different pyrolysis temperatures by microwave heating. Environmental Technology & Innovation, 2022, 25, 102196. |
| [53] | 李丹阳. 几种生物炭及改性材料对水中镉离子的吸附性能及机理研究 [D]. 湖南农业大学, 2019. |
| [54] | 纪钢, 沈喜洲, 沈陟, 陶土. 改性生物炭在含重金属废水处理中的应用 [J]. 武汉工程大学学报, 2023, 45(01): 1-8+75. |
| [55] | 韩鲁佳, 李彦霏, 刘贤, 韩娅红. 生物炭吸附水体中重金属机理与工艺研究进展 [J]. 农业机械学报, 2017, 48(11): 1-11. |
| [56] | 陈思琪, 韩璐, 宁丹, 杨文杰. 生物炭吸附水体中重金属的机理及应用 [J]. 上海化工, 2023, 48(02): 60-64. |
| [57] | 张连科, 王洋, 王维大. 磁性羟基磷材料的制备及对Pb(II)的吸附性能 [J]. 环境科学学报2018. 38(11): 4360-4370. |
| [58] | Su C L, Wang S, Zhou Z Y, etal. Chemical processes of Cr(VI) removal by Fe-modified biochar under aerobic and anaerobic conditions and mechanism characterization under aerobic conditions using synchrotron-related techniques [J] Science of the Total Environment, 2021, 768, 144604. |
| [59] | LYU Honghong, GAO Bin, HE Feng, etal. Effects of ball milling on the physicochemical and sorptive properties of biochar: Experimental observations and governing mechanisms [J] Environmental Pollution, 2018, 233: 54-63. |
| [60] | 刘青松, 白国敏. 生物炭及其改性技术修复土壤重金属污染研究进展 [J]. 应用化工, 2022, 51(11): 3285-3291+3299. |
| [61] | 刘爽, 汪东风, 徐莹. 磷酸活化茶渣生物炭对铅的吸附性能影响和吸附机理研究 [J]. 中国海洋大学学报 (自然科学版), 2020, 52(1): 56-64. |
