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。3 e) u. r" U% g3 f: N) Y# o! H
( c2 g% I) }7 d- u
0 l1 {% {6 ?% {+ n, ~. @ . i# j2 q! i$ O3 _$ O- W- M
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。0 b, i# u& }5 x- s$ K; s% O
" Z6 [ k) {( `5 Q) V% o0 \# ?2 K
, s" C* r8 c! k, q6 D# ?+ ?
概述：生物炭/LDH 复合材料在水净化中的广泛应用
, X( \" x' U! L, v（1）生物炭/LDHs复合材料去除阴离子' Y( n9 J. W2 ?+ ^, O6 H; y
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。6 `+ W" H4 }6 n
. j. S. T! N6 {/ n5 x- F3 t- A) n5 @) l v! ?: c2 h" t; G
+ L& b& f9 U0 i! i. x/ M* R7 R
0 ^9 m2 F3 M4 S+ Y7 [4 V' g' W
（2）生物炭/LDH 复合材料去除重金属的研究/ ?+ N5 J! f$ B9 P
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。
# [: R9 J' w. g9 }% _' |+ l! A! H$ U7 E6 g
: U' U2 O! _7 w) [; ]# e% v4 P; M$ |; Q% N U/ n5 G( p- Q5 h
- ^% s/ G7 e# |& F
v' C2 O$ b5 o |5 j% @+ F3 A; s' G8 n
2 R2 W! n& M4 x' g: ~. b9 B5 A& K
! E7 f1 M/ T- t1 z（3）生物炭/LDH 复合材料去除抗生素的研究 * Y4 \3 G# K) ^% L/ j7 N
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 j4 a7 x9 _/ ^* }0 p4 e% Q% M' k( u' H
9 r7 ~ p! U9 ?3 S7 N+ k
2 x% q7 K/ ~" @) h9 k! }5 N- B- n! S: M' R
* \* ?: Z5 c U% q; Y6 _5 D* z
6 n6 e, @( {5 k. R) [（4）生物炭/LDH 复合材料在染料去除中的应用
2 ^, G" P! ^8 o2 H, Q5 [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。 M$ V b& S" {3 k2 x4 A+ f! M4 H( A
! t" P- B" j3 B
8 D6 ?& I- V( H+ ` , B$ r) M% E2 @4 o. u+ I3 e
（5）生物炭/LDH 复合材料在实际废水处理中的应用
( l$ a& _6 R6 z$ @7 B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。
/ N# O8 N( D0 d3 ~, ~5 n6 k/ V4 N- [; X* Z
（6）挑战、机会和前景$ ~3 f2 z5 k) u6 p, _
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。
2 n; P- D6 W4 F9 Q5 I5 D1. 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。; W3 H1 k( c& E' r
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。
8 G0 e" n5 Z# {, n$ ] s3. 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。7 i0 ?5 V' K& w( a" a0 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。
: a# s. k* C* W" Y5. 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。
$ k2 Y: A' Q: z. g7 ?) J : b8 a2 y' h% I) b* R- Z
结论与展望
+ |3 F$ I* s% l4 G8 \6 K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。, g! U8 K1 c% U6 v. s& Q' G8 K+ ~
* U$ w7 @2 g& Q7 M+ {" N<hr>投稿者：高峰 博士研究生* o- T9 W7 g; S1 z
审核导师：王宁 教授 |王慧 助理研究员 |
$ j5 W Z" A$ [0 ]& ~. z2 g
! _4 h# |' Z. @6 u8 k6 I
9 F7 @5 X. H* z: C+ M
q' O% S- a# |. k3 b0 d. `