张雲豪 林佳棋
摘要：生物炭作为一种新型环保材料，其表面具有丰富的官能团，在环境修复领域方面具有极大的潜力。本文从生物炭和磁性复合生物炭的角度入手，引出磁性复合竹基生物炭，进一步研究和讨论了磁性复合生物炭的应用前景以及对重金属离子、有机污染物的吸附，将为环境修复方面提供相关支持，具有极大的应用价值。
关键词：生物炭;治理环境;竹基;磁性复合
中图分类号：G4 文献标识码：A
一、研究背景
（一）生物炭视域下的“双碳”目标
2021年3月，“十四五”规划中，中国政府制定在2020年基础上减少18%的碳强度的目标，为中国实现“双碳”目标设置了重要的阶段性指南。
在碳中和主要技术中，生物炭在我国的研究比较充分，生物炭技术是兼顾负排放与经济效益的双赢技术，但是磁性复合竹基生物炭的生产技术以及产业化应用却是一处研究较少的领域。并且，基于浙江省的丰富的竹林资源，金溪村废弃的毛竹资源，将资源进行转化，转化为多孔的竹基生物炭，以碳汇的途径推动“双碳”目标的达成。
（二）磁性复合竹基生物炭应用下的乡村振兴
磁性复合竹基生物炭不仅具有更强的吸附、固定能力，而且以易于与介质分离、富含多种矿物质的显著优势对土壤修复、废水治理具有广大前景。生物炭生产和应用不但会产生良好的经济效益，同时在农业废弃物处理、生物炭利用等方面经济效益会非常明显，与乡村振兴的发展理念不谋而合。与此同时它还合理利用了乡村的废弃资源——毛竹，使废弃资源高效化、再生化。因此在美丽乡村建设、废弃物资源化利用等变废为益方面的社会效益更为突出。
二、生物炭及其产业化应用
（一）改性生物炭制备技术
本次综述介绍的主要是磁性改性技术。随着城市、农村工业化程度的逐步发展，越来越多的含重金属离子的废水被排放入湖泊等水生环境中。但是，重金属离子转移能力强、毒性大且难以降解[]。因此，水体中重金属离子的去除技术的开发迫在眉睫。但是，单一生物炭的运用由于材料难以再次利用、易产生二次污染等问题而被限制。因此，生物炭与磁性介质的结合，赋予生物炭磁性方面的特性，成为了目前研究的主要方向。Wang等研究发现以松木絮为原料制得的磁性生物炭，应用于吸附废水中的Hg2+，并且此生物炭负载的γ-Fe2O3有利于吸附材料与水体的分离。Sewu等研究表明运用磁性前驱体（α-FeOOH）可使生物炭具有更高的磁饱和度、铁磁化性与高回收率。
综上所述，磁性改性技术以易于与介质分离等的显著特点与环境治理的目标——“避免二次污染”相契合，具有极大的发展潜力。
（二）磁性复合生物炭对重金属离子的吸附以及再生性
铜本身毒性较小，但如果在人体内积累过多，则会对人体产生严重毒害。Xiao FF []等人制备的壳聚糖与磁性丝瓜生物炭的复合材料（CMLB），对Cu2+的吸附在18h内达到平衡，吸附的主要机理是离子交换和表面络合，符合拟二级动力学模型和 Freundlich 模型。高海荣[]等人研究发现磁性黑藻生物炭复合材料对 Cu2+的吸附效果远远优于商业活性炭，其对 Cu2+的吸附率为 97.12%，吸附量可以达到 24.28 mg/g，而商业活性炭吸附率和吸附量仅仅只有 38.50%和 9.63 mg/g，前者是后者的 2.52 倍。
关于磁性生物炭，当其吸附重金属离子达成平衡时，通过磁场的相关作用，在一定程度上，其可以从介质中分离并回收，经过脱附再生的过程再次利用。这赋予磁性生物炭以一定利用率以及更高的商业价值，改善了生物炭可能会造成二次污染的问题。绝大多数磁性生物炭具有比较稳定的性质，可以达到5-7次左右的循环，以其良好的再生利用的性能，在未来的磁性复合生物炭的工业化运用过程中具有广阔的应用潜力。但是，磁性生物炭在吸附重金属离子等污染源时，其结构可能会被破坏，从而使磁性生物炭的吸附性能大大不如吸附前。因此，如何改进再生后磁性生物炭的吸附能力，是磁性生物炭日后的主要研究方向之一[]。
三、竹基生物炭
（一）江省以及金溪村的竹资源
竹子，是我省乃至我国上重要的一项林业资源。据2020年浙江省森林资源及其生态功能价值公告，全省竹林面积94.09万公顷，占森林面积的15.48%。其中：毛竹林82.58万公顷，杂竹林11.51万公顷。全省毛竹总株数323630万株，毛竹林每公顷立竹量3597株，当年生新竹占毛竹总株数的18.08%。放眼绍兴金溪，其山林总面积12827亩，其中毛竹面积约1270亩，但据当地村民几十年的劳动经验，每隔3-5年，毛竹中较老的部分就会被新萌发的毛竹替代更换，因此，这部分较老的毛竹在金溪村村民眼中就成了废弃资源。然而，村民眼中的废弃资源却是实实在在的一项宝贵资源。
（二）竹基生物炭的优势
竹子在生长过程中吸收了丰富的微量元素，如：镁、钾、铁等，竹炭更是富含多种矿物质。李洁月[]等人研究发现，由竹子烧制的竹炭，一方面，它具有丰富的孔隙结构，大大提升了生物炭的比表面积，且竹炭的基本结构形成缺陷和不饱和价，氧原子等原子吸附于这些结构上，皆一定程度上促进了其物理吸附能力;另一方面，适宜微生物吸附的生长点变多，一定程度上提高了生物承载量。韩琴琴[]等人研究发现当置竹炭于水体中，其会以离子交换作用的形式释放天然矿物质，使水体变成富含矿物质的弱碱性水。因此，毛竹作为金溪村的特产，它具有成为优质生物炭的潜能。
（三）竹基生物炭的制备技术
目前，工业化生产竹炭的技术主要包括炭窑烧制法和干馏热解法，相应的设备分别是炭窑和干馏釜。在烧制竹炭过程中，主要存在的问题是氧化问题，其造成的结果为竹炭得率较低（约20.0%）。并且，在烧制竹炭时，或多或少地会進入氧气，进一步影响竹炭的形成率。张双燕等人在实验室内运用高温电阻炉制备竹炭，发现随着温度的升高，竹炭得率急剧下降，在200～ 350℃下降最快，500℃后，竹炭的得率趋于平缓，200℃时竹炭可达85.0%。由此可知，关于如何进一步提升竹炭的形成率仍是未来竹炭生产的一个主要目标。
因此，在双碳视域下，竹基生物炭的生产与应用，对于治理环境具有极大的发展潜力。而赋予竹基生物炭以磁性却是一项前景广阔的研究领域，并且如何将其产业化应用，皆是未来的探索方向，并具有极大的可行性。
参考文献
[1]胡耐根. 重金属铅、汞污染对人的影响[J]. 科技信息， 2009（35）： 1186-1187
作者简介：张雲豪（2002.06-），男，汉，浙江省杭州市临平区，本科在读，绍兴文理学院生命科学学院，研究方向：教育学，生物学。
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