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CO2活化调控含氮生物炭结构及其对四环素的吸附行为研究
摘要：生物炭具有吸附性，是去除水中四环素的有效手段，其吸附能力与比表面积的大小密切相关。在制备生物炭的过程中，加入氮功能基团，能够增多生物炭的微孔结构从而大大增加吸附性能。为提高生物炭的吸附性能，需对生物炭进行改性。二氧化碳具有成本低廉、过程可控的优点，成为实验中常用来改性的气化剂。二氧化碳改性可以增加生物炭的比表面积和孔隙总体积。
关键词：生物炭；吸附；改性；四环素
1 生物炭吸附四环素的研究背景及意义
1.1研究背景
随着经济社会的飞速发展，以牺牲环境来稳定经济的弊端逐渐显现，许多地方生态环境恶化，水体、噪音、大气等各个方面的污染严重影响人民的生活。水体污染问题一直是各国污染防治的重难点问题，2008年，我国颁布《中华人民共和国水污染防治法》，进一步明确水体污染的防治与处罚办法。
水体污染物是指进入水体后使水体的正常组成和性质发生直接或间接有害与人类的变化的物质[1]。这种物质有的是人类活动产生的，也有天然的。有的物质进入水体后通过化学反应、物理和生物作用会转变成新的危害更大的污染物质，也可能降解成无害的物质。常见的水体污染物的种类有：（1）酸、碱、盐等无机物污染：水体中酸、碱、盐等无机物的污染，主要来自冶金、化学纤维、造纸、印染、炼油、农药等工业废水及酸雨；（2）重金属污染：污染水体的重金属有：汞、镉、铅、铬、钒、钴、钡等。其中汞的毒性最大，镉、铅、铬也有较大毒性；（3）耗氧物质污染：生活污水、食品加工和造纸等工业废水，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质；（4）植物营养物质污染：生活污水和某些工业废水中，经常含有一定量的氮和磷等植物营养物质；施用磷肥、氮肥的农田水中，常含有磷和氮[2]。
生物炭是有机生物质原料在限氧条件下经过高温热裂解产生的一种富碳材料，具有含碳量高、比表面积大、吸附能力强、结构稳定[3]等优点，因此在污水处理、土壤修复、固碳、生产有机堆肥、大气污染治理等方面应用广泛。生物炭一般是由有机垃圾，包括动物粪便、残骸，植物根茎，木屑，秸秆等加工而成的一种多孔炭。
含氮生物炭是指在制备生物炭的过程中，加入含氮的功能基团，使氮掺杂在生物炭中，不仅能提高生物炭的吸附效率，也有利于增加生物炭的比表面积[4]。生物质炭中的氮官能团可分为无机态和有机态[5]。如NH4 是氮主要的无机形态，但在很多情况下会转化为多个杂环结构。而如吡啶-Ｎ、吡咯-Ｎ、季铵盐、酰胺、腈、石墨-Ｎ、吡啶-Ｎ氧化物等都是氮在生物质炭中常见的有机形态[6]。氮的有机态更稳定，而无机态很容易被植物吸收[7]。Wang等[8]用咖啡渣提供碳源，KOH作为活化剂制备生物质炭，并用氨水向其引入氮元素。结果表明氮元素的引入提高了其对磺胺嘧啶抗生素的吸附性能。
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