随着工业的发展，水体重金属污染对环境和人类的危害日益严重[1]。由于重金属的毒性和不可生物降解性，使得重金属可以通过食物链积累在生物体内，从而威胁人体健康[2-3]。重金属的处理已经成为了一个世界性的环境问题，为解决这个问题，许多处理技术应运而生，如离子交换、化学沉淀、膜分离、吸附等，其中吸附由于其低成本和高效率的特点，被广泛应用于处理水体重金属[4-5]。

在各种吸附剂中，以活性炭为代表的碳材料运用最为广泛[6]。生物炭作为一种新型碳材料，具有类似活性炭的性质，比如较高的比表面积和丰富的孔隙结构，表面富含化学官能团，拥有良好的离子交换能力，被视为活性炭的替代材料[7]。生物炭是一种在无氧或限氧条件下将生物质原料热解所得的富碳材料[8]。生物炭可以施加到农业土壤中，改良土壤特性，提高土壤生产力[9-10]。不同于活性炭，生物炭的原材料来源广泛，取自废弃生物质，且制备简单，无需活化，因此生物炭的生产成本和对能源的消耗都要低于活性炭[11]。这些特性使得生物炭在水体污染物的处理方面具有强大的发展前景。生物炭作为一种较新的环境功能材料，被很多研究者用以去除水体环境中的污染物[12-13]。同时，将废弃生物质转化成生物炭也是有效解决农业废弃物的途径之一。为了获得更优异的吸附性能，对生物炭材料的改性研究应运而生[14]。生物炭改性，即运用物化手段改变生物质或已制得的生物炭的理化特性，从而提高生物炭的性能[15]。

1 生物炭的特性

生物炭是富碳生物材料经过缓慢高温裂解（在缺氧及低氧环境条件中）除生成可燃性气体、二氧化碳、焦油类物质之外，还产生含碳量高、孔隙结构丰富的固体碳化物质[16]。其主要组成元素为碳、氢、氧，含碳量在70%以上，同时还有一定量的氮、磷、钾、钙等元素[17-18]。生物炭的理化性质也会因为其制备原料和热解温度的不同而产生差异。这些差异主要体现在生物炭的pH、孔隙度和总孔容、比表面积、化合物与灰分含量组成、材料持水量等方面[5-19]。不同生物质由于纤维素，半纤维素以及木质素的含量不同，组织结构也不同，因此，碳化后材料的孔隙结构也存在很大差别[20]。生物炭的制备大多数都采用高温裂解技术，热解过程采用限氧或无氧高温炭化的方法[21]。

生物炭独特的表面理化性质和孔隙构造，是一种优良吸附材料。这些特殊之处主要体现在以下方面：生物炭具有疏松多孔的结构，比表面积巨大，孔隙度较高，总孔容较大，具有较高的比表面能，吸附过程中能够提供更多有效的吸附位点[22-24]。生物炭表面含有种类丰富、数量可观的官能团如羧基、酯基、羟其、酸酐等；同时还含有某些利于提升吸附性能的矿物成分；生物炭表面具有较多的负电荷，因此其阳离子交换量（CEC）比较大，而重金属离子一般带正电荷，这使得生物炭对重金属离子之间的静电吸引增强，从而表现出良好的吸附特性[25-26]。

在关联理论中，语境指语言使用者头脑中对客观外部世界概括化，结构化的语用系统知识。认知语境是语理解中的一个重要因素。认知语境有三种类型逻辑信息，由一组演绎规则组成。(2)词汇信息，包含自然语言中用以表达某概念的词汇信息。(3)百科信息，包括概念的外延和内涵，如信仰，态度等。这些信息以假设的形式存在于大脑中，作为潜在资源随时参于话语的理解。

酸碱氧化处理是指利用酸或碱对热解前的生物质或热解后的生物炭进行改性[36]。也有大量研究采用双氧水、高锰酸钾、过硫酸铵等氧化剂进行改性[37]。

2 生物炭的改性及复合材料对水体重金属的吸附效果

随着汽车工业的迅猛发展，汽车舒适性已成为当前行业研究的重点之一。发动机的振动与噪声是研究的一个重要方面，飞轮是发动机重要组成部分，对其结构、动态属性的研究分析具有一定的意义[1-2]。本文利用模态函数指示法和多参考点最小二乘复频域法对测量得到的汽车发动机飞轮频响函数矩阵进行模态参数估计，通过二级验证区分汽车飞轮的真实模态和虚假模态并识别密集模态和重根模态，将试验仪器测得的固有频率和振型与理论计算所得进行对比，验证飞轮模型的正确性。

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2.1 物理改性

蒸汽处理是一种运用最为广泛的物理改性方法，通过高温蒸汽能够去除杂质，改变生物炭的孔隙结构，从而增加生物炭的比表面积[32-33]。大量研究表明较大的比表面积可以获得更好的吸附效果[34-35]。

2.2 化学改性

化学改性方法则包括酸碱氧化、有机物负载、无机物负载等方法，这些方法能够从单方面或多方面改变生物炭的特性，如改变孔隙结构，增加比表面积；磁化生物炭材料；增加或降低生物炭的灰分含量；增加生物炭表面官能团的种类和数量等[9，12]。

2.2.1 酸碱氧化

生产生物炭的原材料来源广泛，廉价易得，可分为三类：动物粪便类（牛粪、猪粪等），植物类（玉米芯、作物秸秆、果壳等），以及城市污水厂污泥类[4-27]。由于生物质材料来源不同，生物炭制成条件不同，其芳香性、孔隙结构、表面功能团种类及数量等均不同，其环境功能和效应也各有差异[28-29]。不同材料来源的生物炭对水体中的重金属离子吸附作用不同[30]。

ACS合并抑郁症中成药治疗组中有3例患者服用通心络胶囊后出现轻微胃肠道不适，经停药后症状好转；除此之外，其余患者均未见明显不良反应发生。

通过氢氧化钾、氢氧化钠等强碱对生物炭进行改性也可以增加生物炭表面的含氧官能团[39]。王瑞峰等人[40]以玉米芯、玉米秸秆、木屑为原料，在不同温度下热解制备生物炭，通过NaOH对生物炭进行改性处理，发现3种不同原料制备的生物炭经碱处理后，比表面积、孔隙度和官能团数量均发生变化，且吸附效果得到显著提升，其中600℃热解的改性木屑生物炭的最大吸附量提高至180.5mg/g。

新洋分公司2018年三秋秋播小麦4.5万亩，涉及品种11个，8 0%是订单种植和种子的繁育推，20%是小品种、新品种和特殊需求小麦的种植。分公司合理布局，统筹兼顾，确定品种种植比例，把指标分解到每个大队，具体到每块条田。根据不同品种种植，确定基本苗安排、亩穗数、单株成穗数、成穗率，单株分蘖数和总基蘖数的数字化生产管理要求，做到每条田麦子播种日期、品种、墒情、耕种方式、田号等都有数据记录；做到种子使用精准、人员控制精准、植保药剂施用精准、关键技术措施精准、施肥追肥化除化控精准，降低直接生产成本。

使用强酸（如磷酸、硫酸、硝酸和盐酸等）可以改变生物炭的孔隙结构。强酸的氧化性和腐蚀性可以使得其能够与生物炭中的矿物成分反应，使得生物炭的孔隙更为丰富，从而增加生物炭的比表面积[36]。同时通过强酸改性可以增加生物炭表面的活性官能团，例如通过硝酸改性，由于生物炭芳香环上的碳原子具有一定活性，可以与硝基发生亲电取代反应，硝基再经过还原反应转变成氨基。而氨基可以与重金属离子发生络合配位反应，使得水体中的重金属被吸附到生物炭上。张越等人[38]以废弃松木屑为原料制备生物炭，并以硝酸进行改性。结果发现改性后生物炭的比表面积和孔容积有所增加，并引入了大量羧基和碱性基团，对溶液中镉离子的吸附效果有所提升。

同样，双氧水、高锰酸钾等氧化剂通过其氧化性对生物炭进行改性，也可改善材料的孔隙结构并增加官能团数量[37]。

显然可以发现不同方法改性生物炭，都是为了改变生物炭的理化特性，例如改善生物炭的孔隙结构，增大比表面积，引入官能团或增加官能团数量，从而提高生物炭的吸附性能。

增加官能团种类和数量是提高生物炭吸附能力的重要手段。含氧官能团和含氮官能团（如羧基、羟基、酰胺、酰亚胺等）有着良好的络合亲和力，尤其是对金属阳离子，使得它们在吸附过程中扮演着重要的角色[32-41]。为了引入更多的官能团，前人使用了多种有机物对生物炭进行改性，以期获得吸附性能优异的生物炭复合材料。

壳聚糖是一种从甲壳类动物的外壳中提取的高分子聚合物，其分子中含有大量的氨基和羟基，可利用氢键形成网状结构，对许多金属离子进行螯合，从而有效的吸附溶液中的重金属离子[42]。利用壳聚糖对生物炭进行改性，可以得到处理效果更为优异的吸附材料。Zhou等人[5]以竹子、甘蔗渣、山胡桃、花生壳为原料制备生物炭，并以壳聚糖对其进行改性，用以处理水体重金属。结果表明改性后的生物炭含有大量氨基和羟基，其中竹子制得的生物炭对铅、镉、铜的吸附量分别提高了150%、316%和233%。

为了提高对重金属的吸附能力，近些年研究者提出了大量的生物炭改性方法[27-31]。生物炭的改性包括物理改性和化学改性。这些改性手段通过改变生物炭的理化特性，以达到强化其吸附能力的目的[27]。

赵明静等人[43]以柳木屑和花生壳为原料，氯化钙为改性剂采用预浸渍的方法制备钙改性生物炭，结果发现改性后生物炭的碳元素和灰分含量显著提高，比表面积有所增大，羧基等含氧官能团减少但碱性基团增加，且改性后吸附剂对水体铅离子的处理效果有所提升。Traka等人[44]利用硫酸亚铁对不同生物炭改性制备得到多种磁性生物炭，这些磁性生物炭对铅离子的吸附量提高了5.63~8.40倍，对镉离子的吸附量提高了2.20~16.9倍。

2.2.3 无机物负载

2.2.2 有机物负载

3 吸附机理

生物炭对重金属的吸附机理一般不是单一的，而是几种机理相互作用，综合影响[45-46]。总的来说，生物炭对重金属污染物的吸附机理取决于材料的孔隙结构、表面的官能团以及矿物组分[25-47]。

3.1 孔隙结构的作用

生物炭的孔隙结构和比表面积影响着生物炭对重金属的吸附效果。生物炭具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，这使得生物炭可以通过物理吸附将重金属离子从水体中去除[48]。Ho等人[49]以厌氧污泥为原料在不同温度下热解制备得到生物炭用于吸附水体铅离子，结果表明600℃下制备的生物炭具有更大的比表面积，同时其去除铅离子的效果也要优于其它温度下制备的生物炭。这说明生物炭的孔隙特征在吸附中扮演着重要的角色。

（2）河口位置由于水流较大，将河道里粗颗粒泥沙冲到河口外，所以河口处显示为中细砂为主，粒径较河口内为细，中值粒径在0.07-0.2mm之间，中值粒径较两侧为粗，约为0.14mm。沙质成分均超过90%，基本不含有粉砂和粘土。

3.2 表面官能团的作用

生物炭的表面存在着大量的官能团，例如羧基、羰基、羟基、氨基等，这些官能团与重金属离子之间存在着一系列很强的相互作用，包括静电吸引，离子交换，以及表面配位和络合反应作用[50]。Wang等人[34]以不同原料制备了21种生物炭用于吸附水体多种重金属（铜、锌、铅、镉）。实验结果发现，多种含氧官能团（羰基、羟基等）可以与重金属离子结合，且不同官能团与不同重金属结合的亲和度各不相同。研究表明官能团对重金属的去除影响重大，且官能团对不同重金属的作用不尽相同。

3.3 矿物成分作用

生物炭表面的矿物组分在重金属的吸附去除过程中也起着至关重要的作用[51]。生物炭含有多种丰富的矿物组分，如碳酸盐、磷酸盐等。在吸过程中这些矿物成分可以与重金属结合生成沉淀，从而将重金属从水体中去除，因此表现出了更好的重金属吸附特性。Yang等人[52]以杨麻和污泥为原料制备生物炭吸附铅离子发现，吸附后的生物炭上有碳酸铅、磷酸铅等铅盐生成。研究表明，生物炭的表面矿物组分在重金属的吸附去除过程中起着关键作用。

综上所述，生物炭对重金属的吸附机理主要包括物理吸附、离子交换、络合作用以及共沉淀。同时，不同的重金属污染物其去除机理不尽相同，生物炭的孔隙结构、表面官能团、矿物组分等特性在处理不同重金属时，所扮演角色的重要性也不尽相同，因此在处理不同的重金属时，应当采用不同的改性方法来改变生物炭的理化特性，从而提高生物炭的吸附量。

标本经10%甲醛固定,常规石蜡包埋,切片厚度为4μm。作PTTG、VEGF-C、VEGFR-3的免疫组化染色(SP法),操作按SP试剂盒说明书进行,PBS液代替一抗作为阴性对照。以D2-40标记微淋巴管。试剂盒均来自北京中杉金桥生物技术有限公司。

4 结语

生物炭对水体重金属具有很好的吸附效果，可用于治理水体重金属污染。利用不同方法对生物炭进行改性，可以改变生物炭的理化特性，使得生物炭具有更好的孔隙结构、更大的比表面积和更多的官能团，从而使生物炭获得更加优异的吸附性能。通过总结生物炭的孔隙结构、矿物组成和表面官能团的作用，发现生物炭的吸附机理包括物理吸附、离子交换、络合作用、共沉淀等。当前的研究一般是针对于单一污染物，在实际环境中存在的污染情况复杂的多，对多种污染物的复合污染研究较少。受各种因素影响，生物炭用作水体污染修复基本上还停留在实验室阶段，考虑到生物炭的巨大应用前景，改性生物炭应该突破现有的处理单一重金属的模式，多开展修复重金属复合污染的研究，并逐步进行实际污染水体修复实验以扩大其应用领域。同时，生物炭的回收处理也是值得关注和探究的。

参考文献

［1］CHEN T，ZHOU Z，HAN R，et al.Adsorption of cadmium by biochar derived from municipal sewage sludge：Impact factors and adsorption mechanism ［J］.Chemosphere，2015，134：286-293.

［2］李朝晖，卢欢亮，章卫华，等.污泥生物炭对水溶液中重金属的吸附性能研究［J］.生物技术世界，2014，8：7-8.

［3］LI B，YANG L，WANG C Q，et al.Adsorption of Cd（II）from aqueous solutions by rape straw biochar derived from different modification processes［J］.Chemosphere，2017，175：332-40.

［4］HGGINS T M，HAEGER A，BIFFINGER J C，et al.Granular biochar compared with activated carbon for wastewater treatment and resource recovery［J］.Water research，2016，94：225-232.

［5］马缨.改性炭基吸附剂去除水中重金属和染料的研究［D］.合肥：中国科学技术大学，2014.

［6］王晓佩，薛英文，程晓如，等.生物炭吸附去除重金属研究综述［J］.中国农村水利水电，2013，12：51-56.

［7］GODLEWSKA P，SCHMIDT H P，OK Y S，et al.Biochar for composting improvement and contaminants reduction.A review［J］.Bioresource technology，2017，246：193-202.

［8］AHMAD M，RAJAPAKSHA A U，LIM J E，et al.Biochar as a sorbent for contaminant management in soil and water：a review［J］.Chemosphere，2014，99：19-33.

［9］HAN Z，SANI B，MROZIK W，et al.Magnetite impregnation effects on the sorbent properties of activated carbons and biochars［J］.Water research，2015，70：394-403.

［10］CHA J S，PARK S H，JUNG S-C，et al.Production and utilization of biochar：A review ［J］.Journal of Industrial and Engineering Chemistry，2016，40：1-15.

［11］徐东昱，周怀东，高博.生物炭吸附重金属污染物的研究进展［J］.中国水利水电科学研究院学报，2016，14（1）：7-15.

［12］INYANG M，DICKENSON E.The potential role of biochar in the removal of organic and microbial contaminants from potable and reuse water：A review［J］.Chemosphere，2015，134：232-240.

［13］RAWAL A，JOSEPH S D，HOOK J M，et al.Mineral-Biochar Composites：Molecular Structure and Porosity［J］.Environmental science&technology，2016，50（14）：7706-7014.

［14］LI J，DAI J，LIU G，et al.Biochar from microwave pyrolysis of biomass：A review ［J］.Biomass and Bioenergy，2016，94：228-244.

［15］COLANTONI A，EVIC N，LORD R，et al.Characterization of biochars produced from pyrolysis of pelletized agricultural residues［J］.Renewable and Sustainable Energy Reviews，2016，64：187-194.

［16］DING Y，LIU Y，LIU S，et al.Competitive removal of Cd（ii）and Pb （ii）by biochars produced from water hyacinths：performance and mechanism ［J］.RSC Adv，2016，6（7）：5223-5232.

［17］L U K，YANG X，GIELEN G，et al.Effect of bamboo and rice straw biochars on the mobility and redistribution of heavy metals（Cd，Cu，Pb and Zn）in contaminated soil［J］.Journal of environmental management，2017，186：285-292.

［18］ZHANG T，ZHU X，SHI L，et al.Efficient removal of lead from solution by celery-derived biochars rich in alkaline minerals［J］.Bioresource technology，2017，235：185-192.

［19］CHEN T，ZHANG Y，WANG H，et al.Influence of pyrolysis temperature on characteristics and heavy metal adsorptive performance of biochar derived from municipal sewage sludge［J］.Bioresource technology，2014，164：47-54.

［20］SALIM B B M.Influence of biochar and seaweed extract applications on growth，yield and mineral composition of wheat（Triticum aestivum L.）under sandy soil conditions［J］.Annals of Agricultural Sciences，2016，61（2）：257-265.

［21］刘立.改性生物炭吸附固定重金属的研究进展［J］.绿色科技，2017（16）.

［22］WANG C，WANG H.Pb（II）sorption from aqueous solution by novel biochar loaded with nano-particles［J］.Chemosphere，2017，192：1-4.

［23］WANG H，GAO B，WANG S，et al.Removal of Pb（II），Cu （II），and Cd （II）from aqueous solutions by biochar derived from KMnO4 treated hickory wood［J］.Bioresource technology，2015，197：356-362.

［24］SONG Z，LIAN F，YU Z，et al.Synthesis and characterization of a novel MnOx-loaded biochar and its adsorption properties for Cu2+in aqueous solution［J］.Chemical Engineering Journal，2014，242：36-42.

［25］杨广西.生物炭的化学改性及其对铜的吸附研究［D］.合肥：中国科学技术大学，2014.

［26］SIZMUR T，FRESNO T，AKGUL G，et al.Biochar modification to enhance sorption of inorganics from water［J］.Bioresource technology，2017，246：34-47.

［27］RAJAPAKSHA A U，CHEN S S，TSANG D C，et al.Engineered/designer biochar for contaminant removal/immobilization from soil and water：Potential and implication of biochar modification［J］.Chemosphere，2016，148：276-291.

［28］WANG Y，LIU R.Comparison of characteristics of twenty-one types of biochar and their ability to remove multi-heavy metals and methylene blue in solution［J］.Fuel Processing Technology，2017，160：55-63.

［29］ARAN D，ANTELO J，FIOL S，et al.Influence of feedstock on the copper removal capacity of wastederived biochars［J］.Bioresource technology，2016，212：199-206.

［30］PENG H，GAO P，CHU G，et al.Enhanced adsorption of Cu（II）and Cd（II）by phosphoric acid-modified biochars［J］.Environmental pollution，2017，229：846-853.

［31］ZUO X，LIU Z，CHEN M.Effect of H2O2 concentrations on copper removal using the modified hydrothermal biochar［J］.Bioresource technology，2016，207：262-267.

［32］张越，林珈羽，刘沅，等.改性生物炭对镉离子吸附性能研究［J］.武汉科技大学学报，2016，39（1）：48-52.

［33］DING Z，HU X，WAN Y，et al.Removal of lead，copper，cadmium，zinc，and nickel from aqueous solutions by alkali-modified biochar：Batch and column tests［J］.Journal of Industrial and Engineering Chemistry，2016，33：239-245.

［34］王瑞峰，周亚男，孟海波，等.不同改性生物炭对溶液中Cd 的吸附研究［J］. 中国农业科技导报，2016，18（6）：103-111.

［35］LI H，DONG X，DA SILVA E B，et al.Mechanisms of metal sorption by biochars：Biochar characteristics and modifications［J］.Chemosphere，2017，178：466-478.

［36］LI M，ZHANG Z，LI R，et al.Removal of Pb（II）and Cd（II）ions from aqueous solution by thiosemicarbazide modified chitosan ［J］.Int J Biol Macromol，2016，86：876-884.

［37］赵明静，杜霞，郭萌，等.CaCl2改性生物炭的制备及其对Pb2+的吸附作用［J］. 环境污染与防治，2016，38（10）：84-88.

［38］TRAKAL L，VESELSKA V，SAFARIK I，et al.Lead and cadmium sorption mechanisms on magnetically modified biochars［J］.Bioresource technology，2016，203：318-324.

［39］续晓云，曹心德，于宏然.稻壳和牛粪基生物炭对水中重金属 Pb、Cu、Zn、Cd 的吸附研究［A］//第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集［C］.

［40］XU X，CAO X，ZHAO L.Comparison of rice husk-and dairy manure-derived biochars for simultaneously removing heavy metals from aqueous solutions：role of mineral components in biocha rs ［J］.Chemosphere，2013，92（8）：955-961.

［41］INYANG M，GAO B，YAO Y，et al.Removal of heavy metals from aqueous solution by biochars derived from anaerobically digested biomass［J］.Bioresource technology，2012，110：50-56.

［42］DING W，DONG X，IME I M，et al.Pyrolytic temperatures impact lead sorption mechanisms by bagasse biochars［J］.Chemosphere，2014，105：68-74.

［43］HO S H，CHEN Y D，YANG Z K，et al.High-efficiency removal of lead from wastewater by biochar derived from anaerobic digestion sludge［J］.Bioresource technology，2017，246：142-149.

［44］CUI X，FANG S，YAO Y，et al.Potential mechanisms of cadmium removal from aqueous solution by Canna indica derived biochar［J］.The Science of the total environment，2016，562：517-525.

［45］LI F，CAO X，ZHAO L，et al.Effects of mineral additives on biochar formation：carbon retention，stability，and properties ［J］.Environmental science& technology，2014，48（19）：112-117.

［46］YANG Y，ZHANG W，QIU H，et al.Effect of coexisting Al（III）ions on Pb（II）sorption on biochars：Role of pH buffer and competition［J］.Chemosphere，2016，161：438-445.