1.生物炭的概念始于亚马逊地区古老的印第安人部落(Terra Pretade Indio)，他们通过纵火游耕得到黑土来提升土地的肥效。世界范围内研究者们对生物炭的作用产生了极大兴趣，开展了很多研究工作。生物炭是一个比较新的科学概念，针对这一概念不同研究者提出了不同的观点。Lehmann 和Joseph认为生物炭是一种由生物质(例如木材、落叶等) 在缺氧或无氧条件下加热得到的富碳产品， 并且基于用途的差异区分生物炭与木炭。

　　2.Verheijen等认为生物炭是生物质在无氧或低氧气氛热解的产物，该产物应用于长期碳封存和提高土壤肥效，并且能够避免长期或短期对环境的危害。Shackley等认为生物炭是有机材料在缺氧气氛中热化学转化得到多孔富碳固体，并且具有可在环境中长期安全封存碳的理化特性。国际生物炭协会定义生物炭为：缺氧环境下热化学转化生物质得到的固体材料。Libra等提出水热炭与生物炭比较相似，生物炭一般是通过生物质热解或气化制备，而水热炭是通过水热炭化含水分较高的生物质得到的碳材料。

减缓全球气候变化的可持续性生物炭理念

　　3.Woolf等提出了可持续性生物炭的概念，如图所示。大气中的二氧化碳通过植物的光合作用转化为生物质，生物质是可持续性获得的资源。通过热化学转化技术将生物质转化为生物油、合成气、热量和生物炭，通过热解过程可以避免生物质的自然降解而产生温室气体，产生的能源和热量可以取代或弥补化石能源的消耗，同样减少温室气体排放。生物炭用于土壤修复和改良，一方面将实现碳封存进而减少温室气体排放，另一方面增加土壤水分和养分保持率进而提高作物产量，并且作物生长又进一步减少大气中的二氧化碳量。

　　4.Roberts等选择具有代表性的废弃生物质原料(农业废弃物、庭院废弃物、能源作物) 制备生物炭，并从能量、经济、气候变化的角度对生物炭进行了生命周期评估，如图3所示。能源作物的净能量最高4899MJ/t，经济性对原料收集、热解工艺和碳补偿的依赖性非常大。农业废弃物和庭院垃圾的温室气体排放均为负值，分别为–864kg当量CO2/t和–885kg 当量CO2/t，实现生物炭封存62%~66%碳元素。庭院垃圾的经济性最好，生物炭原料的运输距离对其经济性影响非常大。

　　5.生物炭吸附重金属离子的研究工作主要通过重金属离子吸附量和去除率评价生物炭的吸附性能，单位吸附量直接表征生物炭的吸附能力，离子去除率可以显示水溶液中重金属离子的净化程度。为了更全面地评价生物炭吸附剂的性能，还需要考察吸附速率、吸附因素的响应范围、解吸和再生性能以及吸附剂的成本。吸附速率可以通过吸附动力学研究，吸附因素的响应范围可以通过单因素试验研究，研究者们也开展了相关研究，但没有明确地将这些作为生物炭吸附的评价指标。较高的吸附速率以及溶液pH和初始离子浓度等因素的较大响应范围可以体现生物炭吸附剂的良好实用性。

　　6.通常采用重金属离子的单位吸附量作为生物炭吸附性能的特征指标，然而原料、实验设备和工艺条件的差异性使得文献报道结果很难直接比较。实验过程的操作条件，例如生物炭性质、吸附剂用量、溶液pH、温度和重金属离子初始浓度等，以及采用设备的不同对吸附过程有较大影响。去离子水溶液、自来水溶液和实际废水等作为目标溶液以及静态或动态吸附过程也造成吸附结果具有较大差异。此外，研究者通过实验结果计算或吸附等温线模型拟合得到最大吸附量，实验值与模型计算值有一定差异，并且不同模型得到数值也有一定差异。因此，文献中报道的生物炭吸附性能时需要充分考虑上述因素。通过制定重金属离子吸附标准流程是解决这一问题的途径之一。

　　7.对生物炭吸附重金属离子的研究工作大多采用单一离子吸附，而实际废水中常含有共存污染物，例如多种重金属离子、有机物或非金属阴离子等。吸附过程不同重金属离子之间存在竞争吸附，有机物对重金属离子吸附也有一定影响，因此文献报道的结果与实际废水处理可能存在较大差距。为了推动生物炭吸附剂的商业化应用，需要进行实际废水处理研究。解吸性能是生物炭作为吸附剂的重要特性，通过解吸可以将生物炭吸附的重金属离子富集、回收，并且实现吸附剂的再生，用于生物炭解吸的介质一般为酸溶液、碱溶液或金属离子螯合剂溶液。良好的解吸性能使得生物炭可以多次循环利用，显著降低吸附的成本。

　　8.通过对生物炭改性可以显著提高重金属离子吸附能力和实用性，开展的研究工作主要集中于提升生物炭对重金属离子的吸附能力。然而，昂贵的试剂和复杂的改性工艺会显著增加生物炭吸附剂的制备成本，限制其商业化应用。值得一提的是，生物质原料本身的成本很低，但是生物质的成本需要考虑生物质收集、运输和预处理。此外，改性过程在生物炭表面引入的物质可能会对水质造成二次污染。因此，改性生物炭制备过程需要充分考虑工艺成本和二次污染。

参考文献：《生物炭吸附重金属离子的研究进展》