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。
, l4 a6 l: C/ @ p- @. k " [6 A9 }) `0 y. T: B* l4 L. E
3 n5 V. ]4 a3 f& E: d
! w7 R3 `, ^: j C
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。
: P: K( ~) L3 ^; [ : C' ~( z8 I# g* ~3 E; M
7 E* v! D) B& f) b& @2 F3 o; Z: I
7 n1 o1 f2 |8 {& |7 J* N概述：生物炭/LDH 复合材料在水净化中的广泛应用4 D! I% @- j7 J2 V, V* u
（1）生物炭/LDHs复合材料去除阴离子* E' Q/ d, M9 O1 f0 q+ w9 p5 e
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。" r3 l3 h! Y, l, G, Z
8 o! }6 F: _- \* }& y, F
% U% X! V1 [$ A- L8 f$ X1 m" \
- H; ]2 k! J f; ?% w4 E( H* C& |2 ?3 L, b; h; c+ N8 C+ N/ F
（2）生物炭/LDH 复合材料去除重金属的研究! ^! X0 {: ]5 b! D& M
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: i/ |8 S6 D
: z% m2 @, H' \. l. W6 Y/ S
J0 Z& Q8 ^3 l& ]/ _/ g4 ^+ N! U% b( E; k! B
9 I- Y0 l: I% S
' U. o3 Q) q0 D
4 s' c$ m9 P' L" @7 E
o7 ]' b' E3 b$ r- d ~3 y" o
& S$ Q* R, Y' i（3）生物炭/LDH 复合材料去除抗生素的研究 ( A- K/ d0 f; m6 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。2 | ^: F w( Y
8 N4 Z9 Y+ \8 L: V4 b( f5 k4 i5 r
$ k9 W- m+ X: U- y. |( B
s R: t3 ?# W9 g5 ?' H- T# G R
2 r* ^+ I' b9 U6 O
. ]- x% M1 F" o( o（4）生物炭/LDH 复合材料在染料去除中的应用 ) r- r q2 O$ l6 r( |
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。
& R* M4 ~4 m& L2 L- I& M 2 F4 @6 p' A7 f* |7 a
, R+ q6 E! e. Q# t# _* e2 K ( O( {! ^, {1 B: k# c
（5）生物炭/LDH 复合材料在实际废水处理中的应用
3 x" R$ o7 O8 u6 R- s; L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。
8 Q, s: G( L- _+ d2 |0 N( H
, q, B) f3 o. h+ z! m2 j（6）挑战、机会和前景
' p% T# X8 U) W5 B* O4 u- {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。
E9 \3 y/ u" e( B1. 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。
: G0 J2 [! V a$ ^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。
' X7 Z# b y+ S4 U( y) E+ t7 V3. 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。
" ]( o: i) ~1 Z) f) w$ [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。
6 d z% d0 ?8 J, H5. 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。
" Y0 S9 q' i S1 W* n) p! W6 v2 i' _ % w' w# R* \8 N; z4 S
结论与展望
) s$ E3 f; k$ X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。, p% h3 E2 T; V' T
: J: ]0 \' Z1 z2 z) w<hr>投稿者：高峰 博士研究生
; I& L, f& E, R! b6 C7 B审核导师：王宁 教授 |王慧 助理研究员 |
, @" B; m# N& W# E* F g3 ^
9 [( `5 X$ r7 x5 C2 }! ^ B
4 _9 V. Q6 J% [/ j/ `! e