生物炭中溶解性炭黑的释放及环境效应

彭红波^1,2，杨东¹，高鹏³，任欣¹，牛一帆¹，吴敏^2,3

1. 昆明理工大学农业与食品学院2. 云南省土壤固碳与污染控制重点实验室3. 昆明理工大学环境科学与工程学院

摘 要：生物炭是一种价廉高效的吸附剂,可以通过农业废弃物或者其他固体生物质在低温下热解制得。由于生物炭具有多孔结构、较大的比表面积和阳离子交换容量、丰富的活性官能团等性质,可以吸附多种污染物,在固定重金属以及土壤中的碳循环、碳固定、土壤改良中起到了重要作用。生物炭的组分较为复杂,包括溶解性有机质、溶解性炭黑（Dissolved black carbon,DBC）、无机矿物等。其中,DBC在生物炭中的含量较高,且其含有羧基、酚羟基等多种官能团,可以和污染物发生强相互作用,但DBC的性质对污染物的吸附、迁移转化等行为产生的影响尚有待深入研究。此外,DBC作为一种相对独立的胶体颗粒,除含有大量的含氧官能团外,还具有高度芳香化、脂肪化的结构。因此,DBC进入土壤后可以与无机矿物颗粒发生相互作用,形成的有机-无机复合体能使其在土壤中稳定下来,也可能对土壤团聚体的形成有重要促进作用,但目前这些过程还未引起研究者的关注。与常规溶解性有机质相比,DBC较高的稠环度特征对无机矿物吸附特征可能会产生较大影响。因此,本综述探索了DBC的性质、无机矿物种类和性质对DBC与无机矿物颗粒之间相互作用的影响,以及DBC在无机矿物上吸附后对土壤特性的调控。DBC作为生物炭中具有高度芳香化结构的组分,在环境中的含量可能影响污染物的吸附、迁移等环境行为。DBC所含的极性官能团-OH、-COOH易与污染物发生相互作用。而由于不同类型污染物的化学性质存在较大差异,需充分理解DBC与污染物的相互作用机理,才能准确描述污染物和DBC的环境行为及风险。因此,系统理解DBC与污染物的相互作用及其对污染物迁移行为的影响有助于更好地预测土壤中污染物的环境行为和评估生物炭用于固定污染物的潜在应用。生物炭上有很多表面官能团,如羟基、醌、氢醌、羰基和羧基等,这些活性基团使其在氧化还原反应中成为重要的电子来源,从而影响其在土壤中的生物化学循环过程。DBC作为生物炭的重要组分,含有的羟基、羧基、羰基等官能团使其具有氧化还原活性、光反应活性等,因此研究DBC的反应活性对理解其物理化学性质及其与污染物的相互作用有重要意义。本文归纳了生物炭中DBC的性质、DBC与无机矿物的相互作用、DBC在无机矿物上吸附后对土壤特性的影响,并总结了DBC与污染物的相互作用、DBC的反应活性对其性质的影响等内容,以期为生物炭在土壤中的大规模应用奠定理论基础。

关键词：溶解性炭黑;相互作用;稳定性;污染物;环境行为;