生物炭简单丰富的来源，其丰富的孔隙结构以及独特的表面化学性质的特性，使其成为水处理应用中理想的可持续吸附剂。化学活化或制造复合材料修饰生物炭表面，可以进一步提高其吸附能力。层状双金属氢氧化物(LDHs)在水处理等各个领域的应用也得到了广泛关注。
' n9 R/ U' ]9 ^# K" u9 Y
0 h1 \) l; z, k) H5 U4 X! k- B( \( v; {/ t
' i, s# N. ~* y, _( @5 p
LDHs与生物炭的协同效应在所得生物炭/LDH 复合材料的比表面积、表面官能团、结构异质性、稳定性等吸附特性方面表现出了显著的改善。本文着重评价了生物炭/LDHs复合材料在水处理中应用的最新进展，重点研究了各种污染物的吸附和催化降解。通过阐述吸附机理和再生能力，详细描述了生物炭/LDH 复合材料对各种有害污染物，即重金属、染料、阴离子和药物的吸附。最后，为未来的研究提出了展望，以确保生物炭/LDH 复合材料在水净化中的有效应用。
. d; A) S, ~1 {* b6 x . v/ z$ h, x& o" c( ?# ^: q0 [
( w: j4 d; H8 v6 P) d, B# x
0 l# Z; f0 T k% o j8 ?概述：生物炭/LDH 复合材料在水净化中的广泛应用! p& X" h4 Z& Q
（1）生物炭/LDHs复合材料去除阴离子
' B% o- W8 S* l1 A9 C( G生物炭/LDHs复合材料被广泛应用于去除水和废水中的磷酸盐和硝酸盐。如表1所示磷酸盐是使用生物炭/LDHs复合材料去除的研究最多的污染物。阴离子的吸附机制取决于阴离子的性质和生物炭/LDHs复合材料的物理化学特性。阴离子吸附最常见的机制是静电吸引、层间阴离子交换、表面络合、配体交换。
- v) X! _8 N3 }! ]+ v4 v9 l" ]
* V7 N) L( s% `. C: t0 L3 b
0 N* o! {, u/ _0 Y9 c
$ S% B. t/ L0 J$ \0 }" U% n
5 \/ F( P4 y+ f# i& H（2）生物炭/LDH 复合材料去除重金属的研究1 [. b/ ^3 o; F7 K8 b3 N
各种生物炭/LDHs复合材料也被广泛报道可以有效去除重金属。与其他改性生物炭相比，高孔隙度和大量官能团和金属阳离子的存在使得过生物炭/LDHs更好地消除有毒重金属。Pb(II)、Cu(II)、Cr(VI)和 Cd(II)的最大吸附能力分别为 682.2、74.07、330.8 和35.59 mg/g。生物炭/LDH 复合材料去除重金属的机制包括各种过程，如静电吸引、离子交换、表面络合、同构取代和化学还原，这取决于目标重金属离子（阳离子或阴离子）的性质。对于二价阳离子，如Pb(II)、Cd(II)或Cu(II)，主要的去除机制包括与表面官能团的复合，以及离子交换、沉淀和同构取代。
% {0 q( X( `& w& Q3 p r, }* Y# L* \6 Z, ?, [3 c
3 W+ A' o% i& |$ o
: W, d( m. |- D# O2 [8 A; E S
: w$ M' x9 U7 B& h. G1 j6 h- w, x
9 A( s/ l1 P; }8 ]" {+ Q9 i' ]3 | y) S
; D( T* K0 S/ I* F
（3）生物炭/LDH 复合材料去除抗生素的研究 ! W T# n4 d1 K8 m( y
生物炭/LDH 复合材料也被用于从水中去除抗生素或其他药物，与原始生物炭相比，它们表现出更好的修复性能。生物炭/LDHs复合材料对四环素(TC)、双氯芬酸钠(DCF)、磺胺甲恶唑(SMX)的吸附能力分别为2114.43、1118.2、和26.21 mg/g。生物炭/LDHs复合材料对药物的去除亲和力增强是因为涉及了包括表面吸附、pi-pi相互作用和疏水相互作用、离子交换和氢键等多种机制。生物炭/MgAl 表面存在羟基（-OH）和烷氧基（-CO），与 TC 氨基（-氨基）和羟基（-OH）形成氢键。此外，pi-pi相互作用和生物炭/MgAl 与苯环的相互作用可以促进 TC 的吸附，TC吸附后，生物炭/MgAlFTIR 谱的 C 强度达到峰值。
7 f- A( C+ P4 l, w }& ?$ p& {: Z* X! W& q2 @: W' }
' M3 n+ s: D A# A
7 O. W/ Y: f* Y- C1 a
" d# S4 U" B8 l; v8 a# f ^6 P1 m" K4 y
（4）生物炭/LDH 复合材料在染料去除中的应用 % G5 r" i2 K2 A* Q5 M6 s
生物炭/LDH 复合材料具有良好的吸附性能，并具有良好的可回收性，如表 4 所示。吸附量最高的一种生物炭/LDH 上的水晶紫(CV)、二甲基蓝(MB)和钼、吖啶橙(AO)和孔雀石绿(MG)的量分别为354.05、406.67、412.08、108.6、470.96 mg/g。据报道，染料吸附到生物炭/LDH 复合材料上的机制与pi-pi相互作用、氢键、静电相互作用、阴离子交换、后充填和表面络合等多过程有关。/ @# i1 }. N: [+ C
: u2 D' n+ p, H# {0 L( O% K, T0 p1 n; ]2 l0 @9 D& w
: ~. t1 I( t; b7 q
（5）生物炭/LDH 复合材料在实际废水处理中的应用) a: _9 K; J5 m* M
生物炭/LDH 复合材料在真实水系统中去除各种污染物的去除性能很少被研究。然而，根据一些研究，可以得出结论，尽管在真实的水样中存在有机化合物和其他竞争离子，但生物炭/LDH 复合材料显示出可接受的重金属吸附作用。例如，生物炭/MgFe 复合物在24 小时内在实际废水中去除 97%的铅(II)，略低于超纯合成水中去除 99%的铅(II)。在实际污染的水环境中，生物炭磁性 LDO/碳（Mag-LDO(C) 和铜(II)比实验室的合成水样和水溶液具有更高的吸附亲和力。真实水系统中 Pb(II)和铜(II)与有机污染物的复合导致了生物炭/LDO 复合材料的高吸附。' S* F9 j( y3 h% K @& i" O
0 N9 j. J6 K# f$ ]
（6）挑战、机会和前景3 j/ h" [6 Y( W
生物炭/LDH 复合材料已成为水净化的极好的可持续材料，但要充分利用这些材料的巨大特性进行实际应用，需要解决许多挑战。 |0 [1 V& @! T/ ^
1. 生物炭/LDH 复合物在进行商业应用之前，必须仔细评估其潜在的环境毒性影响。
% W/ I$ V! R/ k, |% }" ]; x1 T2. 需要探讨生物炭/LDH 复合材料在二元尺度上具有成本效益、高效的吸附剂的可行性。
2 {: _4 k# J2 Q6 P! ]; r3. 当前，生物炭/LDH 复合材料的常用 LDHs 是MgAl 和 MgFe 或NiAl。而研究CoFe、CoAl、NoFe、ZnAl、ZnFe、CuAl、CuAl 的有限。( R# e. w" y/ d( e* v, P
4. 在生物炭/LDH 复合材料去除其他污染物，如酚、杀虫剂和核污染物的潜力等研究仍然较少。$ ~: ^4 l* l; X2 x2 g( T
5. 进一步探讨生物炭/LDH 复合材料在实际废水中的应用，以评估其在实际应用中的潜力。. J6 {1 Y# k; c: L+ U+ z# P
' d0 L6 F: `4 y) h: s% o
结论与展望
7 g' u) e4 s$ g4 f. t. n生物炭负载LDH 已经成为一种在合成低成本、可回收吸附材料的环保方法。生物炭/LDH 复合材料在从水中吸附重金属、染料、阴离子和药物方面表现出了巨大的潜力。虽然当前大规模生物炭/LDH 复合物的合成及其在实际废水系统中的应用较为少见。但是目前的研究进展表明，这种独特的材料在水净化方面有着光明的前景。
8 V# e0 i# L' C4 t9 h 8 j) Z0 C( u6 d5 }
<hr>投稿者：高峰 博士研究生+ S/ s$ |. ]( @. o
审核导师：王宁 教授 |王慧 助理研究员 |
! Y4 \' c6 i% L8 v! X8 y
" b1 Z5 V ]- C# q2 H2 F5 ]
- G7 X S, @& L# `" ?5 G
2 ?3 u# S2 w& h0 }4 Z7 V1 m
4 G/ O3 t0 C" o* a" q
' q) G" _2 b: p( _ h" c3 q$ a+ V
