生物炭來源于不完全燃燒,基于吸附、分配等作用固定環(huán)境污染物,在土壤-水等界面的阻隔來對(duì)生態(tài)污染進(jìn)行修復(fù)。生態(tài)修復(fù)中大量產(chǎn)生的蘆葦所衍生的生物炭,可以輔助并促進(jìn)其修復(fù)效果,并提高經(jīng)濟(jì)效益與資源/能量循環(huán)效率。但蘆葦生物炭?jī)H通過吸附,無法實(shí)現(xiàn)污染物的穩(wěn)定化與無害化;而自然風(fēng)化造成的遷移/脫附,會(huì)引起二次污染或擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。氧化還原反應(yīng)的介入能夠?qū)崿F(xiàn)蘆葦生物炭對(duì)污染物的穩(wěn)定與降解;但同時(shí)氧化還原劑在其表面的異質(zhì)理化反應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變化。以上相關(guān)報(bào)道較少,其效能與機(jī)制仍不清晰,使得蘆葦生物炭的應(yīng)用受限。因此,本文為提高蘆葦生物炭對(duì)氧化還原反應(yīng)的強(qiáng)化作用,在其表面利用納米零價(jià)鐵（nZVI-BCs）和氮摻雜/PDS（N-BCs/PDS）作為氧化還原中心,并開展其氧化還原反應(yīng)強(qiáng)化作用機(jī)制研究。研究基于不同劑量和制備溫度,闡明了nZVI和N/PDS對(duì)蘆葦生物炭結(jié)構(gòu)變化及其機(jī)制的影響,結(jié)果表明:400⁶00°C的生物炭以無定形碳為主,表面含C-O與C-OOH結(jié)構(gòu);pH>2時(shí)表面為電負(fù)性。700⁹00°C時(shí),生物炭的比表面積（specific surface... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：150 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

生物炭表面含氧基團(tuán)及其特性與功能[14]

物炭具有得電子和給電子能力，并且每克生物炭能夠轉(zhuǎn)移。其中，200~300°C 時(shí)生物炭酚類結(jié)構(gòu)導(dǎo)致較高的 ED 時(shí)生物炭出現(xiàn)了醌類結(jié)構(gòu)，提高了 EAC；大于 600°C 時(shí)生芳烴結(jié)構(gòu)的大量存在導(dǎo)致了以 EAC 為主的氧化還原特性，[62]考察了 200~800°C 時(shí)制備的生物炭 EDC，發(fā)現(xiàn)其 EDC mmol e-g-1；200~650°C 時(shí)酚類結(jié)構(gòu)是給電子主要基團(tuán)，香結(jié)構(gòu)的共軛 π 鍵起到主要作用。另外，Prévoteau 等人[86]在碳顆粒與溶解態(tài)有機(jī)物（Dissolved Redox Mediator）之，其 EDC 值被顯著低估了一個(gè)數(shù)量級(jí)，修正后的 EDC 值-1。這種現(xiàn)象也廣泛存在于土壤中的其它有機(jī)結(jié)構(gòu)與腐殖酸之外，由于高溫制備時(shí)的生物炭形成大量的芳香簇結(jié)構(gòu)，力的顯著提高，可以在環(huán)境中具有氧化還原能力的介質(zhì)間化還原反應(yīng)[87]。小于 600°C 的生物炭電子傳遞能力可以忽 650°C 的生物炭石墨化程度顯著提高，其電導(dǎo)率急速上升至]。

PFRs 的濃度與類型，進(jìn)而對(duì)活化 PDS 效率具有顯著的影響。除此以外，生物炭可以作為一種光敏介質(zhì)，通過對(duì)于特定波長(zhǎng)的吸附所產(chǎn)生的三線態(tài)中間體以及電子傳導(dǎo)，來產(chǎn)生大量的活性物質(zhì)，從而對(duì)環(huán)境污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化和降解。Fang等人[162]利用 UV 和日光照射生物炭時(shí)發(fā)現(xiàn)，生物炭對(duì)光照較為敏感，通過自由基捕捉和化學(xué)探針檢測(cè)到在水中產(chǎn)生了大量 OH 和單線氧（1O2）物質(zhì)，可以對(duì) DEP 部分礦化。其中，光吸收過程中，生物炭固相貢獻(xiàn)了 63.6~74.6%的 OH和10~44.7%的1O2的產(chǎn)生；而溶出組分貢獻(xiàn) 3.7~12.5%的 OH和 46.7~86.3%的1O2。生物炭表面的 PFRs 和溶出組分中醌類物質(zhì)是光響應(yīng)過程中的主要功能成分，涉及的機(jī)制包括光致能量、電子轉(zhuǎn)移、溶出組分三線態(tài)、PFRs 所產(chǎn)生的 O2 -等。有研究表明，含氧官能團(tuán)的增加可以顯著提高生物炭在光照下所產(chǎn)生的活性物質(zhì)[163]。Fu 等人[164]計(jì)算得知，在光照下，生物炭溶出組分1O2的量子產(chǎn)率為 4.07±0.19%，顯著高于自然環(huán)境中存在的有機(jī)質(zhì) 2~3 倍。其中，生物炭溶出組分中除了醌類或酮類結(jié)構(gòu)，羧基結(jié)構(gòu)也具有光敏性；且 Si-C 結(jié)構(gòu)可以利用酚類結(jié)構(gòu)來進(jìn)行電子的轉(zhuǎn)移從而產(chǎn)生 O2 -。但生物炭溶出組分在169 h 的光照下，也會(huì)發(fā)生大約 56%的自分解。

【參考文獻(xiàn)】：
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