近日，廣東省科學(xué)院石油與精細(xì)化工研究院陳佳志博士團(tuán)隊(duì)，在高含氧木質(zhì)素基生物炭的制備及其重金屬吸附應(yīng)用研究中取得進(jìn)展,相關(guān)研究成果A lignin-biochar with high oxygen-containing groups for adsorbing lead ion prepared by simultaneous oxidization and carbonization發(fā)表在《Bioresource Technology》。

　　隨著城市化進(jìn)程和工農(nóng)業(yè)發(fā)展的加速，特別是礦冶、化工、電子等工業(yè)生產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖過程中，大量含鉛、鎘、汞、鉻、砷、銅、鎳、鋅等重金屬的廢水未經(jīng)適當(dāng)處理直接排放，造成水體污染，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人類健康，成為全球性環(huán)境問題。在眾多污水處理方法中，吸附法因其操作簡便、處理容量大，能夠快速高效地處理低濃度重金屬廢水，受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。

　　近些年，生物炭作為一種來源廣泛、廉價(jià)且高效的新型炭材料，富含羥基、羰基、羧基、氨基、磺酸基等含氧、含氮、含硫活性官能團(tuán)，在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域備受關(guān)注。生物炭的工程化應(yīng)用，一方面取決于其對(duì)環(huán)境污染物的吸附性能，另一方面取決于其性價(jià)比和環(huán)境友好性，這很大程度上由制備生物炭的原料和條件決定。生物炭通常以秸稈、果殼、動(dòng)物糞便、污泥、餐廚垃圾等農(nóng)林和生活的廢棄生物質(zhì)為原料，在300-900 oC高溫爐中控氧熱解、氣化，或150-250 oC高壓釜中水熱碳化制備。然而，由于高溫下易發(fā)生熱分解-再聚合反應(yīng)，控氧環(huán)境下氧化不充分，所制備的生物炭通常表現(xiàn)出含氧活性官能團(tuán)較低，重金屬離子吸附性能不高（50-300 mg/g）。　　

　　為此，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種低溫溶液法氧化碳化制備高含氧木質(zhì)素基生物炭吸附材料，以造紙廢液堿木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸鹽為原料，210 oC硫酸回流處理6 h，一步氧化碳化得到高含氧生物炭，其酸性含氧官能團(tuán)（羧基、酚羥基）含量達(dá)到8.64 mmol/g。在pH=5.5、30 oC條件下，該生物炭對(duì)鉛離子（Pb2+）的飽和吸附量高達(dá)679 mg/g，且展現(xiàn)出在高吸附量（570 mg/g）時(shí)保持高去除率（>99%）的能力，顯著優(yōu)于大多數(shù)碳基吸附材料。此外，研究顯示，硫酸氧化碳化過程斷裂了木質(zhì)素C-O-C鍵，增加了酚羥基、羧基和芳構(gòu)化程度，其羧基與Pb2+吸附量成正比例關(guān)系。

　　該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等資助。

　　全文鏈接:

　　 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852420304363

　　（省科學(xué)院石油與精細(xì)化工院 李媛、陳佳志/供稿）