耿子韜，戴雅，唐悅，程潔紅

（1.江蘇理工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇常州 213001；2.杭州上拓環(huán)境科技股份有限公司，浙江杭州 311100）

隨著工業(yè)的發(fā)展，含有難降解的、持久性有機(jī)污染物（POPs）的工業(yè)廢水越來越多，傳統(tǒng)的混凝反應(yīng)沉淀等方法，已不能去除這類有機(jī)污染物。采用操作簡便、能耗低、環(huán)境友好的新型生物炭材料通過吸附-催化等作用降解有機(jī)污染物，是近年來新出現(xiàn)的處理技術(shù)[1-4]。采用固體廢棄物制備的新型生物炭具有成本低、孔隙率高、比表面積大、官能團(tuán)豐富和電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的吸附和催化能力。新型生物炭的制備原料通常是廢棄物，這些原料特點(diǎn)是易得、成本低、可持續(xù)供給，能實(shí)現(xiàn)廢棄生物質(zhì)的資源化利用，從而降低廢水處理成本。與商業(yè)活性炭相比，采用廢棄物做原料制備的新型生物炭材料不僅成本低，且對某些有機(jī)物，如氟喹諾酮、聚乙烯醇、苯酚、吡蟲啉等的去除具有特異性[5]。

本文介紹了以污泥、厭氧發(fā)酵的沼渣、農(nóng)林廢棄物、食品廢棄物、家禽糞污、含金屬廢棄物等固體廢棄物為原料，制備得到的污泥基生物炭、沼渣生物炭、生物質(zhì)基生物炭、鐵負(fù)載生物炭等新型材料，對新型生物炭的制備工藝、結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)、吸附-催化應(yīng)用等方面進(jìn)行概述和總結(jié)，最后提出展望。

1 制備生物炭的原料

1.1 污泥基生物炭

污泥基生物炭是以生化污泥或工業(yè)污泥為原料制備的生物炭。生化污泥是城鎮(zhèn)污水廠的副產(chǎn)物，含有機(jī)物多，以及無機(jī)鹽和少量重金屬等，含氮量顯著高于其他類型污泥[6]。由于有機(jī)物含量多，因此以生化污泥為原料制備的生物炭通常為具有較大比表面積的多孔材料。生化污泥中含有Fe、Ca、Al 等多種金屬元素，制備成的生物炭具有金屬相結(jié)構(gòu)和多種催化活性位點(diǎn)[7]，可作為催化劑活化過硫酸鹽[8]。

工業(yè)污泥成分復(fù)雜，已制備生物炭的污泥有給水污泥、印染污泥、油泥、制藥污泥、赤泥等。不同來源的工業(yè)污泥成分復(fù)雜，性質(zhì)差別大。給水污泥具有鐵鋁含量高、有機(jī)污染物含量低的特點(diǎn)[9]，在制備生物炭時給水污泥中的鋁能與鉀、硅等元素形成穩(wěn)定的硅酸鹽礦物[10]。印染污泥中含有各類染料、添加劑，成分為多環(huán)芳烴、重金屬等污染物[11-12]；制藥污泥中含有大量難降解有機(jī)物，經(jīng)高溫?zé)峤夂笥袡C(jī)物分解形成大量孔隙，能夠?qū)π》肿拥挠袡C(jī)污染物進(jìn)行富集，提高催化氧化的效率[13]。赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時排出的工業(yè)固體廢棄物，含有大量氧化鐵，制備生物炭時用于催化劑前體。

1.2 沼渣生物炭

生物質(zhì)經(jīng)過厭氧發(fā)酵后，不可避免產(chǎn)生沼渣。沼渣是固體殘渣，含有不可降解的有機(jī)物、重金屬、抗生素和病菌，易造成二次污染[14]，需要及時處置。沼渣中保留有氨基酸、腐殖質(zhì)以及氮、磷、鉀等植物必需營養(yǎng)素，在促進(jìn)作物生產(chǎn)方面具有很高的利用價值[15]。廢棄沼渣來源廣、價格低廉、有機(jī)質(zhì)含量高，是制備生物炭的理想原材料（見表1）。

表1 厭氧沼渣制備活性生物炭的種類及其污染物去除效果

1.3 生物質(zhì)基生物炭

生物質(zhì)基生物炭直接以生物質(zhì)為原料，有農(nóng)林廢棄物、食品廢棄物等。農(nóng)林廢棄物包括秸稈、廢樹枝葉、玉米芯、米糠和稻殼等[16]；食品廢棄物包括餐廚垃圾、食品加工廠廢棄物、果皮等。這些原料的特點(diǎn)是都含有大量多糖類物質(zhì)，如纖維素、低聚糖、殼聚糖等。陳雅琴等[17]以農(nóng)林廢棄物花生殼和松木屑為原材料，在400 ℃和700 ℃下熱解制備得到4 種生物炭對萘進(jìn)行吸附研究。近年來將農(nóng)林廢棄物與其他廢棄物一同制備生物炭成為熱點(diǎn)。以木質(zhì)廢棄物及印染工業(yè)廢鐵污泥中富含的鐵、碳為原料，采用高溫裂解法進(jìn)行碳熱還原，是一種生產(chǎn)零價鐵-生物質(zhì)炭的行之有效的途徑，并能對難處置的固體廢棄物進(jìn)行高值資源化利用[18]。

1.4 鐵負(fù)載生物炭

過渡金屬負(fù)載的方式可活化和優(yōu)化生物炭，提高比表面積和孔隙率結(jié)構(gòu)，促進(jìn)更多的、有效的活性位點(diǎn)生成，從而提高生物炭催化活化性能。過渡金屬中的鐵用于負(fù)載金屬生物炭制備較多。近年來，研究集中在將零價鐵負(fù)載到生物炭表面制備鐵負(fù)載的生物炭材料[19-20]。鐵元素價廉易得，零價鐵較低的氧化電極電位對重金屬和有機(jī)物有較高的還原性，常用于廢水處理[21-24]。鐵負(fù)載的生物炭兼具生物炭和零價鐵的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的穩(wěn)定性、完整的晶體結(jié)構(gòu)、較高的催化活性、更高的還原性，且易于回收、不容易聚集[25-26]。

鐵氧體帶磁性，鐵負(fù)載生物炭中往往含有鐵氧體成分，便于回收重復(fù)使用。如農(nóng)林廢棄物制備的生物炭用于吸附去除水中污染物時，因顆粒狀難以回收再利用[27-28]，但通過鐵負(fù)載制備的生物炭可解決上述局限性。

此外，由于給水污泥、芬頓鐵泥、赤泥均自帶鐵化合物，常用來制備磁性生物炭。用給水污泥制備負(fù)載Fe3O4的污泥生物炭時，給水污泥中的Fe有助于增大生物炭的比表面積和孔隙度，負(fù)載的Fe3O4可增強(qiáng)生物炭的磁性，使其能夠從水溶液中快速分離回收[29]。在給水污泥中殘留的混凝劑（聚合硫酸鐵）和助凝劑（聚丙烯酰胺），能夠分別增加污泥中Fe和N的含量，制備成的生物炭，有利于催化位點(diǎn)的形成[30-31]，可作為催化劑應(yīng)用。芬頓污泥也常作為原料制備磁性的生物炭吸附劑，具有粗糙的多介孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，主要成分為Fe3O4和碳[32]。

2 制備工藝

常規(guī)的制備工藝可分為高溫?zé)峤?、水熱炭化、微波熱解三大類。高溫?zé)峤夥ㄊ侵冈跓o氧的環(huán)境下制備生物炭。熱解法工藝簡單，經(jīng)熱解法制備的生物炭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，孔隙率高，且原料中的重金屬呈穩(wěn)定態(tài)，降低了重金屬浸出的環(huán)境風(fēng)險。水熱炭化法是在一定溫度和壓力下，以水為能量傳遞介質(zhì)制備生物炭的方法，具有能耗低、反應(yīng)溫和、產(chǎn)率高、污染少等特點(diǎn)。微波熱解的原理是將微波能量轉(zhuǎn)化為物體內(nèi)部的熱能，達(dá)到快速升溫的目的，能夠有效縮短加熱時間，提升能量利用效率。微波熱解法有效兼顧了傳統(tǒng)熱解法和微波輔助加熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)[33]。原料用量、微波輻射時間、原料粒度和微波功率是影響微波熱裂解法效率的主要因素。

2.1 污泥基生物炭

高溫?zé)峤庵苽涞奈勰嗷锾?，其熱解溫度、升溫速率、熱解時間和載氣均是關(guān)鍵影響因素，都會影響生物炭性質(zhì)。熱解溫度越高，生物炭產(chǎn)量越低，堿性越強(qiáng)[34-35]。通常采用氮?dú)夂投趸甲鳛檩d氣，二氧化碳能提升生物炭比表面積和微孔數(shù)量，促進(jìn)石墨化結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)電子傳遞能力[36]。若在NH3氣氛保護(hù)下，污泥能熱解成有大量孔隙度的氮摻雜生物炭，石墨化氮含量較多[37-38]

經(jīng)微波熱解的污泥，不僅能制備生物炭，還會產(chǎn)生熱解氣體和生物油。與高溫?zé)峤庀啾龋⒉峤獾纳锾靠紫堵瘦^少，會降低重金屬的浸出風(fēng)險，微波熱解污泥生物炭中銅、鋅、鉛的浸出率低，重金屬更穩(wěn)定[39-40]。

水熱炭化的制備溫度一般為150～350 ℃，壓力為2～10 MPa，相比高溫?zé)峤夥ǎ疅崽炕ú恍枰崆皩ξ勰噙M(jìn)行干燥，對表面官能團(tuán)有一定保留能力，生物炭具有較大比表面積、孔隙率高、重金屬含量低[41-42]。此外，水熱炭化法還能保留污泥中的氮、磷等營養(yǎng)元素[43]。

2.2 沼渣基生物炭

高溫?zé)峤夥ㄖ苽涞恼釉锾康男阅?，會隨熱解反應(yīng)的條件不同而不同。Kistler 等[44]發(fā)現(xiàn)沼渣中的Cd、Cr、Ni、Cu、Zn 等重金屬，在熱解過程中被還原為更穩(wěn)定的金屬螯合結(jié)構(gòu)，大大降低了重金屬的遷移率和生物利用度。

水熱法會導(dǎo)致亞臨界水介質(zhì)的參與，制備的沼渣基生物炭具有晶粒尺寸均一，化學(xué)穩(wěn)定性佳，含氧官能團(tuán)豐富等優(yōu)點(diǎn)，可作為燃料或吸附劑使用[45]。水熱炭法的反應(yīng)溫度一般為140～300 ℃、停留時間0.5～24 h、壓力1～28 MPa，最終生成沼渣水熱炭[46]。Mari等[47]在720 W的微波功率下，以10 g 生物質(zhì)原料（0.15 mm）為原料，采用微波法將沼渣制備成生物炭，產(chǎn)率達(dá)到44.46%。

2.3 生物質(zhì)基生物炭

以生物質(zhì)為主制備的生物炭，多采用水熱炭化法制備，因?yàn)樵摲椒ǔ杀镜?、環(huán)境友好、易于操作。水熱炭化法可生成多孔生物炭材料，并保留其前體相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過水熱炭化，相同來源的生物質(zhì)制備的生物炭在形態(tài)和局部結(jié)構(gòu)連通性方面具有一定相似度[48]。同時，生物質(zhì)來源及反應(yīng)條件不同，也會造成微觀結(jié)構(gòu)的差異[49-50]。由于生物質(zhì)基生物炭用于催化活化過硫酸鹽的高級氧化方面，因此，也會采用水熱炭化與高溫?zé)峤饨Y(jié)合的制備方法，此種方法能提高生物炭的活化性能、增加表面的含氧官能團(tuán)以及比表面積和孔隙。并且，其石墨化和芳烴結(jié)構(gòu)化、空位和結(jié)構(gòu)缺陷效果更好[51-52]。

2.4 鐵負(fù)載金屬生物炭

采用高溫?zé)峤夥ㄖ苽滂F負(fù)載生物炭時，是在較高溫度下，將生物質(zhì)和鐵化物進(jìn)行混合裂解，由生物質(zhì)裂解產(chǎn)生的還原劑將鐵化物還原為零價鐵[53]。該方法操作簡單、原料簡便易得、不需要昂貴化學(xué)試劑、利用率高、處理成本低廉，利于大規(guī)模工業(yè)化推廣[54]。此外，還有熱解-液相還原法[55]，即先將生物質(zhì)熱解制得生物炭，然后再以生物炭為載體，利用硼氫化鈉等還原劑將溶液中的鐵離子還原為零價鐵。但該方法相對復(fù)雜，需要用到強(qiáng)還原劑，成本高，還未能工業(yè)化應(yīng)用[56]。

3 結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)

3.1 孔隙率和比表面積

制備的生物炭通常結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，孔隙發(fā)達(dá)[57]，多數(shù)都具備一定的比表面積和孔隙率，這兩個也是影響生物炭對污染物的吸附和擴(kuò)散的主要因素[58]。多孔結(jié)構(gòu)的生物炭能加速污染物的擴(kuò)散，還能在催化反應(yīng)中提高H2O2和過硫酸鹽的分解速度，加快活性氧化物種的產(chǎn)生[59]。通過傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、掃描電子顯微鏡（SEM）圖像、X 衍射等表征方法發(fā)現(xiàn)，農(nóng)林廢棄物的生物炭比表面積較大、孔隙發(fā)育較好，而污泥基生物炭比表面積較小，孔隙發(fā)育差，生物炭以中孔、大孔居多，微孔較少[60]。污泥基生物炭和農(nóng)林廢棄物生物炭的SEM圖（見圖1、圖2）。

圖2 農(nóng)林廢棄物生物炭的SEM圖

另外，制備生物炭的工藝條件影響了生物炭的比表面積和孔隙特征。高溫?zé)峤夥ㄖ苽湮勰嗷锾恐?，低溫?dǎo)致生物炭比表面積小，而高溫則增加比表面積和孔隙率，微孔數(shù)量也增加[61]，但過高溫度會導(dǎo)致微孔塌陷，反而使得比表面積下降，需要進(jìn)行活化或金屬負(fù)載等方法進(jìn)行改進(jìn)[62]。

用水熱炭化法制備的沼渣基生物炭表面有許多芳香族結(jié)構(gòu)，形成了生物炭的骨架，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。沼渣生物炭表面凹凸不平，布滿了大小不一的孔洞，而在生物炭內(nèi)部則是形成了蜂窩狀的結(jié)構(gòu)排布，呈現(xiàn)出有序的石墨結(jié)構(gòu)[63]。石墨晶體結(jié)構(gòu)圖（見圖3）。

圖3 石墨晶體結(jié)構(gòu)

3.2 化學(xué)元素

污泥基生物炭中由于含有金屬較多，導(dǎo)致礦物質(zhì)含量較高，通常以碳酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽等形式存在，能促使污染物在生物炭表面的吸附，為催化氧化創(chuàng)造條件[64]。這些礦物質(zhì)可增強(qiáng)污泥基生物炭的催化性能[65]。污泥基生物炭中含鐵礦物作用較其他礦物強(qiáng)，能促進(jìn)苯酚的氧化。此外，由于污泥中有含氮有機(jī)物，氮含量較高，熱解時容易生成含氮結(jié)構(gòu)進(jìn)入石墨化結(jié)構(gòu)中，能發(fā)揮較高的催化性能[66]，有利于活化過硫酸鹽生成硫酸根自由基，降解有機(jī)物。若污泥中含鐵高，可作為芬頓法的催化劑，因此鐵在生物炭中能發(fā)揮重要作用。

以沼渣、生物質(zhì)為原料制備的生物炭中碳元素較高，其次是氫和氧，以及一定量的營養(yǎng)元素（N、P）和少量的金屬元素。與污泥基生物炭不同的是其灰分較低。不同來源的生物質(zhì)原料，制備的生物炭元素也不同：濕垃圾的沼渣生物炭中還有少量的硫元素存在[67]；禽畜糞便沼渣鹽分含量高；以市政污泥為原料制備的沼渣生物炭中通常會殘留一些重金屬元素（Cr、Cd等）[68]。熱解溫度高，會提高C 元素占比，而H 和O 的含量則相應(yīng)降低。

4 應(yīng)用

生物炭在水處理方面的應(yīng)用體現(xiàn)在兩個方面，一是作為吸附劑的使用，由于生物炭具有相對較大的比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和致密的表面電荷，使得生物炭具有較強(qiáng)的吸附能力，通過化學(xué)鍵、靜電吸引作用使得生物炭與污染物質(zhì)吸附結(jié)合。二是作為催化劑催化芬頓/類芬頓體系、過硫酸鹽體系、臭氧氧化體系等，促進(jìn)產(chǎn)生更多自由基（·OH、O2·-、SO4·-等）與非自由基（高價態(tài)金屬-過氧化物、1O2等），這些自由基直接將有機(jī)污染物氧化從而破壞其原有結(jié)構(gòu)，非自由基途徑即通過1O2的生成，以及直接電子轉(zhuǎn)移，將難降解有機(jī)物進(jìn)行破壞，而達(dá)到高效和快速去除的目的。此外，生物炭通過已應(yīng)用在酚類、抗生素、染料等有毒的、難降解的有機(jī)污染物的去除方面。WU 等[13]利用制藥污泥進(jìn)行改性制備生物炭，用吸附法吸附制藥廢水中的氟喹諾酮類藥物，結(jié)果表明在優(yōu)化條件下，生物炭對氟喹諾酮類藥物的去除率達(dá)到99.9%。劉彥禧等[31]則利用印染生化污泥制備改性生物炭，并通過催化活化過一硫酸鹽降解聚乙烯醇，在優(yōu)化條件下降解效率達(dá)96.5%。

4.1 污泥基生物炭的催化應(yīng)用

污泥自身的成分和制備的條件是提高污泥基生物炭催化效率的關(guān)鍵因素，污泥中含有豐富的氮元素和金屬元素，使得污泥基生物炭上能形成催化位點(diǎn)，主要有持久性自由基、缺陷結(jié)構(gòu)、含氧官能團(tuán)、氧空位、金屬及其氧化物以及N、S等雜原子基團(tuán)等，可達(dá)到催化芬頓/類芬頓體系或過硫酸鹽體系，產(chǎn)生·OH和SO4·-的目的[69]。

用生化污泥制備的生物炭有豐富的金屬基團(tuán)，經(jīng)過中低溫的熱解，可產(chǎn)生含氧官能團(tuán)和持久性自由基，通過自由基途徑表現(xiàn)更高的催化性能[70]。通過高溫?zé)峤猓?00℃）制備的生物炭，含氧官能團(tuán)和持久性自由基消失，但產(chǎn)生更多缺陷結(jié)構(gòu)，這時通過非自由基途徑產(chǎn)生催化作用，說明熱解溫度是關(guān)鍵因素[71]。Sun等[72]利用赤泥和廢輪胎兩種固體廢棄物為原料制備零價鐵基復(fù)合材料，對亞甲基藍(lán)的最大降解率高達(dá)95.4%，證明使用ZVI 和H2O2組合可以獲得很好的有機(jī)污染物去除效果。

污泥基生物炭先吸附有機(jī)污染物再通過催化位點(diǎn)進(jìn)行催化，形成吸附-催化協(xié)同作用。Luo等[73]發(fā)現(xiàn)，污泥生物炭表面的持久性自由基能夠通過單電子轉(zhuǎn)移催化H2O2產(chǎn)生·OH 降解環(huán)丙沙星。Huang 等[74]采用微波熱解法可制備污泥基生物炭，研究發(fā)現(xiàn)，提高微波功率可增加生物炭比表面積和鐵含量，提高對廢水中三氯乙烯的吸附效率，從而提高了去除率。

4.2 沼渣基生物炭的吸附應(yīng)用

優(yōu)良的理化性質(zhì)使得沼渣生物炭具有很好的資源化利用潛力。作為吸附劑的沼渣生物炭對染料廢水的脫色效果較好。鹽酸改性后的沼渣生物炭可吸附去除水中的甲基橙、羅丹明和亞甲基藍(lán)，最大吸附量分別為14.58 mg/g，29.44 mg/g和49.56 mg/g[75]。沼渣和草木灰經(jīng)熱解制備的沼渣生物炭對水中的亞甲基藍(lán)的吸附去除率達(dá)到99.5%[76]，對活性艷紅X-3B 的吸附量高達(dá)734.06 mg/g[77]。

沼渣基生物炭通過吸附作用處理重金屬廢水達(dá)到去除重金屬的目的，比化學(xué)沉淀法有成本優(yōu)勢，且不產(chǎn)生二次污染物即化學(xué)污泥。Xia 等[78]將沼渣生物炭進(jìn)行改性，考察了對As（Ⅲ）的吸附能力，發(fā)現(xiàn)不到90min 就達(dá)到吸附平衡，最大吸附容量為27.67 mg/g。Pan 等[79]發(fā)現(xiàn)，通過熱解制備的磁性沼渣生物炭可吸附水中Cu2+和Pb2+，最大吸附量分別是75.76 mg/g和181.82 mg/g，而且能多次循環(huán)使用。

此外，作為催化劑的沼渣基生物炭也是近年來的研究熱點(diǎn)，用沼渣合成的石墨化的磁性生物炭材料催化活化過硫酸銨（APS）后，其表面存在的氧化還原位點(diǎn)催化后產(chǎn)生SO4·-、O2·-自由基和非自由基1O2，可降解苯并[a]芘。另外，在降解體系中還會發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，加速了苯并[a]芘的降解[80]。沼渣制備的Fe/N 共摻雜碳納米復(fù)合生物炭可有效活化過硫酸鹽，去除石油烴類污染物，在3d內(nèi)達(dá)到了73.14%的去除率[81]。在Fenton 氧化體系中，沼渣生物炭同樣也可以促進(jìn)H2O2釋放更多·OH，去除有機(jī)污染物，用于降解農(nóng)業(yè)廢水中吡蟲啉[82]、催化降解苯乙烯[83]等。生物炭催化劑用于臭氧氧化工藝中可有效提高臭氧的氧化分解效能。對豬場廢水的色度、難降解有機(jī)物、CODcr去除效率可達(dá)91.29%，81.64%和61.07%[84]。

4.3 生物質(zhì)基生物炭的應(yīng)用

生物質(zhì)基生物炭在有毒有害有機(jī)污染物去除方面效果顯著。酚類化合物在化工廢水、染料廢水中較為常見，具有穩(wěn)定性高、有毒、難以生化處理的特點(diǎn)，酚類化合物分子量通常較小，用普通生物炭吸附效率較低，但負(fù)載過渡金屬的生物質(zhì)基生物炭則存在有利于酚類物質(zhì)吸附的微孔結(jié)構(gòu)[85-86]，提高了吸附效率。染料廢水中的染料因人工合成，故穩(wěn)定性高、有毒難降解，傳統(tǒng)處理方法很難分解和礦化染料分子，去除效率低。高級氧化技術(shù)能有效分解這類人工合成的化合物，生物質(zhì)基生物炭可作為催化劑活化過硫酸鹽，不僅能有效降解這些化合物，而且對磺胺類和氟喹諾酮類抗生素的降解效果也同樣顯著[87]。

4.4 鐵負(fù)載金屬生物炭的應(yīng)用

負(fù)載金屬的生物炭和雜原子摻雜的生物炭已被頻繁報道用于高級氧化反應(yīng)[88]。赤泥、芬頓鐵泥和生化污泥制備的生物炭在芬頓反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，能提高污泥生物炭催化功能[89]。Li 等[90]發(fā)現(xiàn)，污泥生物炭中鐵的存在形式為Fe2P 和Fe2O3，酸性條件下浸出的三價鐵和二價鐵能催化H2O2產(chǎn)生·OH，對環(huán)丙沙星的降解率達(dá)到80%。

鐵負(fù)載的金屬生物炭可有效催化H2O2引發(fā)芬頓反應(yīng)，如改性的赤泥生物炭表面存在氧空位容易激發(fā)H2O2生成·OH。王雨婷等[89]發(fā)現(xiàn)，芬頓污泥和污水廠生化污泥高溫?zé)峤庵苽涞纳锾靠赏ㄟ^自身活性位點(diǎn)催化H2O2產(chǎn)生·OH 和·O2-等活性物種氧化分解硝基苯酚廢水，達(dá)到98.30%去除率。

采用赤泥制備的生物炭含有鐵、氯，浸出的二價鐵可催化H2O2引發(fā)芬頓反應(yīng)，降解四氯苯酚。將赤泥和玉米秸稈經(jīng)高溫?zé)峤庵苽涞纳锾烤哂写判?，用于處理處理酸性染料廢水時表現(xiàn)出優(yōu)異的性能[90-93]。陳超等[18]用木質(zhì)垃圾和印染行業(yè)廢鐵泥為原料制備了零價鐵-生物炭材料，生成納米級的Fe0，以球狀的顆粒形式分散附著在生物炭的孔結(jié)構(gòu)中，對水中Cr（Ⅵ）的去除率達(dá)到95.2%。張凱等[94]用鐵泥和木廢料制備成零價鐵/生物炭對羅丹明B染料的去除效果較好。

Bhuyan等[95]利用水熱炭化法制備Fe3S4生物炭納米復(fù)合材料穩(wěn)定性高，且具有一定磁性便于回收，這種復(fù)合生物炭提高了芬頓催化活性，對陽離子和陰離子染料的降解效率高。

5 總結(jié)和展望

隨著水污染中的有機(jī)污染物成分越來越復(fù)雜，常含有持久性難降解污染物，就需要制備更適合的生物炭。用固體廢棄物制備生物炭，是未來發(fā)展方向。本文概述了用污泥、沼渣、生物質(zhì)等固體廢棄物制備的生物炭，介紹了制備工藝、理化性質(zhì)和在降解有機(jī)污染物方面的應(yīng)用。生物炭的原料、成分影響了生物炭的表面形貌和結(jié)構(gòu)性能，同樣，制備的工藝、條件、負(fù)載金屬的種類、活化方式對生物炭表面性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和理化性能有關(guān)鍵影響。

新型生物炭從原來的吸附性能為主轉(zhuǎn)化為吸附-催化或催化作用為主的發(fā)展趨勢，生物炭的催化位點(diǎn)包括表面活性官能團(tuán)、缺陷結(jié)構(gòu)、含氧官能團(tuán)等。這些催化位點(diǎn)可以催化活化芬頓體系、過硫酸鹽體系、臭氧體系產(chǎn)生各類自由基而提升高級氧化效率，在分解難降解有機(jī)污染物方面發(fā)揮巨大優(yōu)勢。因此，可在提高生物炭活化制備方式的改進(jìn)、非自由基活化途徑等方面開展深入研究。

未來的應(yīng)用研究將從目前對單一難降解有機(jī)物的去除轉(zhuǎn)入對多種成分難降解有機(jī)物的去除，這就需要開發(fā)的生物炭能增強(qiáng)抵抗競爭性有機(jī)物和無機(jī)物的干擾，是一種具有抗干擾的、高效的生物炭催化材料。