近日，廣東省石油與精細化工研究院陳佳志博士團隊，在高含氧木質素基生物炭的制備及其重金屬吸附應用研究中取得進展。
隨著城市化進程和工農業發展的加速，特別是礦冶、化工、電子等工業生產和畜禽養殖過程中，大量含鉛、鎘、汞、鉻、砷、銅、鎳、鋅等重金屬的廢水未經適當處理直接排放，造成水體污染，嚴重威脅生態環境和人類健康，成為全球性環境問題。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，受到學術界和產業界的廣泛關注。
近些年，生物炭作為一種來源廣泛、廉價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，在環境修復領域備受關注。生物炭的工程化應用，一方面取決于其對環境污染物的吸附性能，另一方面取決于其性價比和環境友好性，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、動物糞便、污泥、餐廚垃圾等農林和生活的廢棄生物質為原料，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，由于高溫下易發生熱分解-再聚合反應，控氧環境下氧化不充分，所制備的生物炭通常表現出含氧活性官能團較低，重金屬離子吸附性能不高（50-300 mg/g）。
為此，團隊研發了一種低溫溶液法氧化碳化制備高含氧木質素基生物炭吸附材料，以造紙廢液堿木質素、木質素磺酸鹽為原料，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（羧基、酚羥基）含量達到8.64 mmol/g。在pH=5.5、30 oC條件下，該生物炭對鉛離子（Pb2+）的飽和吸附量高達679 mg/g，且展現出在高吸附量（570 mg/g）時保持高去除率（>99%）的能力，顯著優于大多數碳基吸附材料。此外，研究顯示，硫酸氧化碳化過程斷裂了木質素C-O-C鍵，增加了酚羥基、羧基和芳構化程度，其羧基與Pb2+吸附量成正比例關系。
相關研究成果發表在《Bioresource Technology》上，該項工作得到了國家自然科學基金項目、廣東省科學院戰略性先導科技專項等資助。
（文/圖 李媛、陳佳志）
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綜合新聞
以廢治廢：高含氧木質素基生物炭吸附去除重金屬
近日，廣東省石油與精細化工研究院陳佳志博士團隊，在高含氧木質素基生物炭的制備及其重金屬吸附應用研究中取得進展。
隨著城市化進程和工農業發展的加速，特別是礦冶、化工、電子等工業生產和畜禽養殖過程中，大量含鉛、鎘、汞、鉻、砷、銅、鎳、鋅等重金屬的廢水未經適當處理直接排放，造成水體污染，嚴重威脅生態環境和人類健康，成為全球性環境問題。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，受到學術界和產業界的廣泛關注。
近些年，生物炭作為一種來源廣泛、廉價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，在環境修復領域備受關注。生物炭的工程化應用，一方面取決于其對環境污染物的吸附性能，另一方面取決于其性價比和環境友好性，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、動物糞便、污泥、餐廚垃圾等農林和生活的廢棄生物質為原料，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，由于高溫下易發生熱分解-再聚合反應，控氧環境下氧化不充分，所制備的生物炭通常表現出含氧活性官能團較低，重金屬離子吸附性能不高（50-300 mg/g）。
為此，團隊研發了一種低溫溶液法氧化碳化制備高含氧木質素基生物炭吸附材料，以造紙廢液堿木質素、木質素磺酸鹽為原料，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（羧基、酚羥基）含量達到8.64 mmol/g。在pH=5.5、30 oC條件下，該生物炭對鉛離子（Pb2+）的飽和吸附量高達679 mg/g，且展現出在高吸附量（570 mg/g）時保持高去除率（>99%）的能力，顯著優于大多數碳基吸附材料。此外，研究顯示，硫酸氧化碳化過程斷裂了木質素C-O-C鍵，增加了酚羥基、羧基和芳構化程度，其羧基與Pb2+吸附量成正比例關系。
相關研究成果發表在《Bioresource Technology》上，該項工作得到了國家自然科學基金項目、廣東省科學院戰略性先導科技專項等資助。
（文/圖 李媛、陳佳志）