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，以溫和的反應(yīng)條件和無毒綠色材料為基礎(chǔ)的“綠色合成”技術(shù)越來越受到人們的重視。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、合成過程危險(xiǎn)小、合成材料穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢。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，包括無機(jī)陰離子（NO3?，PO43-），金屬陽離子（Pb（II），As（III）和Cd（II）），有機(jī)染料（結(jié)晶紫，陽離子紅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)染料的吸附過程的描述

以上研究成果來自清華大學(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)