碳黑吸附剂去除水体有机污染

  近年来，我国的工业水平和社会经济都在高速发展，但是环境保护、污染治理的工作却未能及时跟上，许多生活和工业废水未经处理就直接流入附近的水体中，对水环境的污染越来越严重，特别是水中有机污染物含量逐渐升高，成分也越来越复杂。

  目前，我国水体有机微污染（如多环芳烃〈PAHs〉、多氯联苯〈PCBs〉、芳香硝基化合物）日趋严重，对饮用水安全和人群健康构成严重威胁。更值得关注的是，当前的水处理技术尚难以有效去除此类有机污染物。因此，寻找经济高效、适合于饮用水处理的新型吸附剂已成为环境科学与工程领域关注的焦点之一。

  在国家自然科学基金等的资助下，浙江大学环境科学系教授陈宝梁等以松针作为生物质代表，通过控制不同炭化温度（100～700℃），制备了一系列生物碳质吸附剂，并对制备的生物碳质吸附剂的结构和表面特征进行了深入研究。他们以4-硝基甲苯为目标，探讨了吸附剂在水中对有机污染物的吸附性能、机理及与其结构特征之间的定量关系，为制备经济高效吸附剂以及预测其吸附性能与机制提供了理论依据。

  陈宝梁研究组选用了凋落松针作为生物质代表开展相关研究。

  他解释说，森林火灾常以针叶树木为代价，松针作为森林中典型落叶之一，其干燥后极易燃烧，产生的生物碳质则大量积累于土壤中，成为土壤炭黑的重要来源。他们采用限氧升温炭化法制备出一系列的生物碳质吸附剂。具体做法是，通过控制不同炭化温度，使得制备的生物碳质组分发生改变。随着炭化温度升高，吸附剂的碳含量从50.34%（100℃）上升到84.61%（700℃）；相应的氢和氧的含量则分别从6.09%和42.87%下降为1.25%和13.04%。

  研究发现，炭化温度为100℃时制备的样品呈高极性和脂肪性，随炭化温度的升高，生物碳质吸附剂的芳香性急剧增加，而其极性则急剧降低。而极性的降低和芳香性的增大，意味着生物碳质逐渐从 软碳质 过渡到 硬碳质 。同时，样品的表面积也发生着规律性的变化。可见，温度可以调控生物碳质的表面结构和性质，这将对其吸附特征和机理产生重要影响。

  以4-硝基甲苯为吸附目标，陈宝梁等对不同的吸附剂性能进行了比较研究，发现低温制得的生物碳质吸附剂（100℃）的作用机制为分配作用，中温制得的生物碳质吸附剂（300℃）的作用机制为分配作用和表面吸附共同作用，高温制得的生物碳质吸附剂（700℃）的作用机制为表面吸附作用。其中，表面吸附作用大小随炭化温度升高而增大；而分配作用大小先随温度升高而增大，并于300℃时达到最大，接着则降低。另外，他们还对萘、菲、硝基苯、间二硝基苯等有机污染物的吸附进行了实验，都表现出非常好的效果，对于去除具有强 三致 效应和高亲脂肪性的多环芳烃、多氯联苯和有机氯农药等去除效果甚至更好。

  陈宝梁认为，这个研究结果为针对不同的有机污染物以及生物质原料碳质的不同构成和性质，为 裁剪 生物质制备合适的生物碳质吸附剂奠定了科学基础。不过，他也表示，目前的研究还停留在实验室阶段，只是申请了多项相关发明专利。他非常希望在不久的将来，相关的研究成果能够得到实际推广应用，为水体有机污染治理贡献一份力量。

  朱婷婷 摘编