生物炭的改性和老化及环境效应的研究进展

易鹏^1,2，吴国娟^1,2,3，段文焱^1,2，吴敏^1,2，潘波^1,2

1. 昆明理工大学环境科学与工程学院2. 云南省土壤固碳与污染控制重点实验室3. 昆明理工大学建筑工程学院

摘 要：生物炭是生物质在缺氧或者绝氧条件下通过高温热解后生成的富含碳的固体材料。生物炭作为一种先进的多功能材料,在土壤改良、温室气体减排、污染控制等领域都展现出应用潜力,受到了广泛的关注。研究人员通过改变生物炭的物理和化学性质,开发了多种生物炭改性技术,以提升生物炭的吸附功能。然而,生物炭一旦进入环境后,在生物和非生物的作用下会被老化,其物理和化学性质都会发生变化。随着老化的进行,生物炭逐渐由表面到内部进行降解,苯环结构由大变小,表面含氧官能团增加。这些生物炭的改性、在环境系统中的老化、功能的持久性及在这些动态过程中性质的变化,势必会对其环境效应产生影响。研究表明生物炭氧化程度的加重和表面官能团活性的提升增强了生物炭的吸附能力,促进了生物炭与土壤、植物营养元素和污染物的相互结合,降低了污染物的环境风险。另外的研究指出,老化过程导致生物炭的比表面积和孔体积降低,从而降低了生物炭的吸附能力。同时,老化和改性可能会降低生物炭在环境中的稳定性,导致生物炭的组分（溶解性有机质和溶解性炭黑）和生物炭内源污染物的释放。且由生物炭产生的环境持久性自由基（EPFRs）和短寿命自由基（羟基自由基·OH和超氧阴离子自由基·O2-）能以自由基途径降解有机污染物。生物炭活化一些无机分子产生的单线态氧（¹O₂）也能以非自由基的途径降解有机污染物。本文对生物炭的改性方法、老化导致的结构变化、老化导致其与化学物质相互作用的不确定性、生物炭与土壤组分的相互作用以及老化生物炭的环境风险方面的研究展开了综述,分析了改性生物炭的老化及其环境效应。最后对生物炭使用后在动态变化过程中的稳定性、功能效果和环境风险等方面提出了展望,强调了生物炭在使用和管理中要充分考虑其性质的动态变化。对生物炭在实际应用领域的深入研究将为其技术管理和评估的建立提供必要的理论基础。

关键词：生物炭;老化;改性;结构变化;相互作用;环境效应;