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。6 x* L9 e9 X7 f; ]( h. o; o
& T3 Z7 w7 T+ @/ {; y4 h3 x
4 G2 o& i5 \ D% F' E
! G9 |, G: y7 B( ~6 \% b8 a9 Z
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。9 o" g# |: W& K" A
8 A0 O. b6 P! ^" q2 J ^( }
6 w+ p0 A) z N A 2 g" h; x1 t) q
概述：生物炭/LDH 复合材料在水净化中的广泛应用( a7 ~7 G$ l! x" M2 e2 \8 y- N
（1）生物炭/LDHs复合材料去除阴离子! f, X0 ~- z3 N7 D4 s; m* q5 I
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。
' s0 G" Z" l- \- S& `1 D w2 @/ o 1 |/ P9 [/ x4 d2 h
b2 A: C$ Y, l9 p# i. K$ X
4 }/ Z A( o* ]1 G0 H# q
4 N4 S5 R" M9 L4 n6 V1 Z（2）生物炭/LDH 复合材料去除重金属的研究: t: }! a/ W) l" r9 u, v7 ]
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。% \/ e' e9 j7 z! v/ t' c
$ M; x d2 a q+ X4 c* v$ U7 @: p: L5 S- V4 |
; f" t' W1 S' n0 c5 Q
$ v3 m+ s% W1 _
/ f K/ a! X6 J: E
. E6 r- N- ?0 \& x) a3 t/ e2 O3 c0 h' |* J- D% v
. A$ y. L( X$ r7 W（3）生物炭/LDH 复合材料去除抗生素的研究
# W) i7 M: j0 Q4 |% P1 k% t0 C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。
( R+ z1 b+ O: C! C
8 I+ G2 a" \' V8 t2 A5 g6 z8 @9 u. J! H y* ^+ o
: t o( `. F. w1 F
6 n& K. |) w8 e3 @
, ^3 ]5 k5 b9 G+ P
（4）生物炭/LDH 复合材料在染料去除中的应用
- Z& s d: \# u$ Q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。
v$ c- Z# C4 D; S% q , J; n' x' _' J: `; [ a/ F2 {+ Q
3 W+ x& U0 _) E7 b
2 P/ j# | v6 R: l* l2 `
（5）生物炭/LDH 复合材料在实际废水处理中的应用
" W0 N P- ~) \, `4 l7 |) G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。, d$ Q, m, `( ?
0 F/ S5 F0 ?: n9 c% }, }1 q) L8 x! k. l
（6）挑战、机会和前景
7 u" d$ j+ ]+ U$ A0 |3 @ [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。
' g5 g1 O# e( J& I1. 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。
. Q( F, E. _1 h @2 }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。
+ n3 X0 o" Z/ C3. 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。
! u: q* C1 ~0 B: Y4. 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# c, W" M+ r5 ^
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。
. H2 d% ]. `- V; E" Y: O 9 p+ k- L, W; }; U# W/ L! m+ ]
结论与展望0 H! _* q" y' z1 Q5 Y
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。
9 Y( `# K9 j5 }3 g7 \4 Y
+ |, Y4 A5 D' u* e B<hr>投稿者：高峰 博士研究生5 U) t) n5 n9 O/ @1 s8 N
审核导师：王宁 教授 |王慧 助理研究员 |
- i+ F+ C; @$ ]
1 G7 J* i R7 j9 X5 N8 R9 B% @
7 _9 Y: R' g( t& n6 ?2 ^" ^+ l
% D5 d5 d$ \2 d- w8 I t