在全球氣候變暖的背景下，節(jié)能減排成為各行各業(yè)的內(nèi)在需求。近年來(lái)，以溫和的反應(yīng)條件和無(wú)毒綠色材料為基礎(chǔ)的“綠色合成”技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。與傳統(tǒng)物理化學(xué)合成相比，“綠色合成”技術(shù)具有能耗低、合成過(guò)程危險(xiǎn)小、合成材料穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。尤其是以植物廢棄物為主要原料的“綠色合成”技術(shù)，原料純天然、無(wú)毒、成本低，非常契合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的主題。而將這些合成出的綠色材料應(yīng)用到廢水處理中，也符合“以廢治廢”的理念，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

染料廢水主要來(lái)源于染料及染料中間體生產(chǎn)行業(yè) , 具有成分復(fù)雜、色度高、排放量大、毒性大、可生化性差的特點(diǎn) , 一直是廢水處理中的難題。作為一種廢水吸附劑，生物炭被視為活性炭的替代品，具有成本低、性價(jià)比高、生產(chǎn)過(guò)程能耗低等優(yōu)點(diǎn)。生物炭可用于去除各種污染物，包括無(wú)機(jī)陰離子（NO3?，PO43-），金屬陽(yáng)離子（Pb（II），As（III）和Cd（II）），有機(jī)染料（結(jié)晶紫，陽(yáng)離子紅X-GRL）等。然而，生物炭吸附污染物的能力取決于其物理、化學(xué)性質(zhì)，不同的原料和裂解條件下制備的生物炭性質(zhì)有很大的差別。

研究表明，利用物理、化學(xué)方法將生物炭與其他材料組合制備成具有新性能、新結(jié)構(gòu)的材料，其綜合性能優(yōu)于原組成材料，可滿足各種不同的要求。然而，生物炭復(fù)合材料的大規(guī)模生產(chǎn)和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用仍面臨較大的挑戰(zhàn)，這主要與復(fù)雜的合成方法和危險(xiǎn)試劑的使用有關(guān)。前期研究中，提出了一種尺寸可控的雙金屬鐵銅氧化物吸附劑的綠色合成方法，且該吸附劑對(duì)孔雀石綠染料表現(xiàn)出較好的去除性能，研究表明植物提取物中的生物活性分子在合成過(guò)程中可起還原劑的作用。因此基于植物提取物的“綠色合成”材料具有較大應(yīng)用潛力，可能比單一植物生物炭在染料廢水中的處理效果更好。

圖1 生物炭/氧化鐵復(fù)合材料的合成過(guò)程及吸附機(jī)理

圖2. XRD和FT-IR

圖3 生物炭和生物炭/鐵氧化物復(fù)合材料在不同時(shí)間內(nèi)對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性能（20 mL MB （50mg/L）， pH （-6.1）， T = 293 K, 0.01 g 吸附劑）

本研究在室溫超聲條件下，向香蕉皮提取物中添加香蕉皮生物炭和FeSO4合成生物炭/氧化鐵復(fù)合材料。同時(shí)對(duì)合成的材料進(jìn)行表征，并對(duì)復(fù)合材料吸附亞甲基藍(lán)行為進(jìn)行了研究，還對(duì)材料的重復(fù)利用性能進(jìn)行了評(píng)估。圖1描述了生物炭/氧化鐵復(fù)合材料的合成過(guò)程及可能吸附機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物炭/氧化鐵復(fù)合材料對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附能力要強(qiáng)于單一生物炭材料（圖3）。Langmuir吸附等溫線和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型準(zhǔn)確地描述生物炭/氧化鐵復(fù)合材料對(duì)MB染料的吸附過(guò)程（圖4）。綠色合成的生物炭/氧化鐵復(fù)合材料對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附能力顯著提高（C0= 500 mg/L, pH = 6.1, T =313 K , Langmuir 模型計(jì)算的最大吸附容量為862 mg/g），且溶液pH 值在2.05-9.21范圍時(shí)該綠色合成材料都表現(xiàn)出較好的吸附性能。生物炭/氧化鐵復(fù)合材料在連續(xù)的吸附脫附循環(huán)5次仍表現(xiàn)出良好的吸附性能（圖4）。由此可知，該綠色合成方法是提高生物炭性能的有效途徑，在環(huán)境修復(fù)方面具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖4 Langmuir吸附等溫線和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)生物炭/氧化鐵復(fù)合材料對(duì)亞甲基藍(lán)染料的吸附過(guò)程的描述

以上研究成果來(lái)自清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院侯德義副教授課題組，近期以題為“A green biochar/iron oxide composite for methylene blue removal”發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域權(quán)威期刊Journal of Hazardous Materials （IF=7.65）。張平博士為論文的第一作者，侯德義副教授為論文的通訊作者，研究參與單位還包括韓國(guó)高麗大學(xué)，香港理工大學(xué)，北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院等。

圖5 生物炭/氧化鐵復(fù)合材料對(duì)MB染料的吸附脫附循環(huán)