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。
" a2 |3 y" x& ` [/ S% i
& g4 n: y5 H( W4 p! C, c8 [( b9 G: h1 L! S' @$ v( J
& x9 Q+ B8 I. cLDHs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。; D5 O1 b2 `5 f7 D( Q% Z
2 r2 ?2 N7 o$ O2 Z; G' Y5 B! e
* _. K( J% e' A, Z" y
+ Z$ ~3 w0 ]; X! B [& u概述：生物炭/LDH 复合材料在水净化中的广泛应用 h" m% F# ^4 D9 H: G8 Y2 o
（1）生物炭/LDHs复合材料去除阴离子* h' U( m/ K! c! c! n- D
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。( ^+ I* b4 l: s
7 y3 N% N! l( r+ k
6 X8 p/ _! ?3 V) g8 S
! T2 t% c6 h2 U7 A
2 h" e B4 b- p8 G' E（2）生物炭/LDH 复合材料去除重金属的研究
" K' h0 V- S ]* `% S$ X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。& A H5 m% }- H
. h# h, j% A' X3 U. m
/ ?7 H8 ^5 ^: Z4 N9 X+ a2 B/ P
' J, q E9 u6 ?# U4 [' f% Q" m# U! s* [# F: J% Y& g7 n9 t/ ~' K6 Q
# A% \# ^- U2 q0 j4 [$ t2 f
$ r4 ~! |3 k, \4 t- `. m8 \# w3 G3 {5 K3 X
（3）生物炭/LDH 复合材料去除抗生素的研究
2 Q: K9 R( w3 W0 \3 l6 P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。
# p; [: @5 L5 q8 n8 K, ]! R+ W
/ K8 X/ m$ i5 _" y
( C* r& m9 I; ^$ f% k. w4 c9 A" h# V7 R" y# ?+ ?- @3 ~# s
! `' b: B& E5 N2 f/ a. d
7 ]2 W9 z" w' G( b' l（4）生物炭/LDH 复合材料在染料去除中的应用
, H# H& C8 C j5 R8 R* l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。2 B0 G( T# O9 M( W
! c7 w$ _' u& K: a6 M2 u4 C2 M8 S& k: q, W
* [- H8 U' R9 ?) s " d: _3 ^2 f2 ^# U) @
（5）生物炭/LDH 复合材料在实际废水处理中的应用# U) q& p B% ~* s
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。4 Z6 F/ n3 r v0 ^
& |7 f3 B+ G, ?6 q5 v: _
（6）挑战、机会和前景
7 F* p2 z0 j J' }3 T$ Q" {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。* k8 h' H; a- _; |& ~. g
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。
( e0 @( q. u9 g! \2. 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 q/ N+ P) y% T+ U4 V
3. 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。
8 T. q% d9 C/ Z' H, A) x4. 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。$ l+ L6 u7 B7 J$ W3 O, x5 e
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。' {- S2 E; n" G E3 H, }
* m/ \" n3 _# K" y. }% R4 p结论与展望5 g. {% x( \+ u1 v: g
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。
2 L- m% ]5 X& }$ Y3 Z3 W6 E, q
6 {& ~3 C; T, X: z<hr>投稿者：高峰 博士研究生
0 e- D2 ]% k' V) \- U- b! K审核导师：王宁 教授 |王慧 助理研究员 |
0 l( P# |/ g j; r! i+ ~: j
- i5 H4 _2 D3 B( B# v
; v3 z2 I) E/ x* _, A: C+ }" [: c/ Y
$ o: ~7 b. |) ^2 X9 v" C* C" W