＊周银1 张平1,2* 李四坤1 康莉会1 柯霆1 蔡君瀚1 高源伶1 张宏1,2
（1.西北民族大学 化工学院 甘肃 730124
2.甘肃省高校环境友好复合材料及生物质利用重点实验室 甘肃 730124）
摘要：生物炭以其良好的理化性质，作为吸附剂被广泛应用于水污染处理。将磁性物质负载到生物炭上制备磁性生物炭，赋予生物炭磁 响应特性，能有效解决吸附剂回收难、损失大等问题。磁性生物炭具有含碳量高、比表面积大、可磁分离等优良特性，已成为近年来的研究热点。对磁性生物炭的制备方法、应用性能等方面进行了综述，并提出磁性生物炭的未来研究方向，以期为磁性生物炭材料的深化研究和应用提供参考。
关键词：生物炭；磁性；性能；复合材料；吸附
中图分类号：T 文献标识码：A
Research Progress of Magnetic Biochar Materials
Zhou Yin 1, Zhang Ping 1, 2, Li Sikun 1, Kang Lihui 1, Ke Ting 1, Cai Junhan 1, Gao Yuanling 1, Zhang Hong 1, 2
(1. College of Chemical Engineering, Northwest Minzu University, Gansu, 730124
2. Key Laboratory for Utility of Environment-Friendly Composite Materials and Biomass in University of Gansu Province,
Gansu, 730124)
Abstract ：As an adsorbent, biochar has been widely used in water pollution treatment because of its good physical and chemical properties.
The magnetic biochar was prepared by combining biochar with magnetic material, and biochar was endowed with the characteristics of magnetic response, which could effectively solve the problems of difficult recovery and easy loss of adsorbent. Magnetic biochar with high carbon content, large specific surface area, magnetic separation and other excellent properties, has become a hot research topic in recent years. The preparation methods and application properties of magnetic bioch
ar were reviewed. The future research directions of magnetic biochar were put forward in order to provide reference for further research and application of magnetic biochar materials.
Key words ：biochar ；magnetic ；performance ；composite material ；adsorbent
生物炭（biochar）也称生物质炭，一般是指农林废弃物等生物质原料在缺氧或无氧的条件下，经高温热裂解（<700℃）生成稳定的多孔富碳固态物质。生物炭因其具有含碳量高、制备工艺简单、原料来源广、价格低廉、比表面积大、吸附性能好等优点，被广泛应用于水污染处理。目前，制备生物炭的主要原料有稻壳、玉米秸秆、污泥等，采用不同的原料制备出的生物炭具有不同的结构和性能。唐圣贤等以玉米秸秆和白菜尾菜为原料，成功制备出一种新型生物炭，并研究了其对废水中镉、铅、铜三种典型的重金属离子的吸附性能。结果表明，该生物炭对废水中的重金属离子有着优良的吸附性能，并且炭化温度、配比越高，炭化时间越长，制得的生物炭对废水中重金属的去除效果越好。另外，在利用生物炭处理废水时仍存在生物炭材料难回收、难再生等缺点。为解决生物炭因粒径较小，在实际应用中回收难、易流失等问题，将生物炭与磁性物质结合制备磁性生物炭，赋予生物炭磁响应特性，是目前许多学者研究的方向。Zhuang等通过碳热还原Fe(NO 3)3和淀粉，成功制备出多孔碳包覆铁（Fe@PC）复合材料，结果显示，制备的复合材料对废水中的Cr(VI)有良好的去除效果，并可以通过外加磁场进行分离。鉴于近年来磁性生物炭材料在各方面的应用发展快速，本文综述了磁性生物炭的制备方法、应用性能等方面，并提出磁性生物炭的未来研究方向，以期为磁性生物炭材料的应用提供
理论依据，并为其深化研究提供参考。
1.磁性生物炭的制备
近些年研究人员提出将生物炭与磁性物质结合制备磁性
生物炭的方法，有效的解决了生物炭在实际应用中难回收、易流失、难再生等问题。磁性生物炭的原料来源广泛，目前常用的制备工艺主要有浸渍-热解法、化学共沉淀法以及水热合成法。
(1)浸渍-热解法
Zhou等利用简单的浸渍和碳化工艺，以农林废弃物花生壳和草酸铁铵为原料制备磁性炭，通过对制备的磁性炭表征分析，并采用磁性碳材料作为非均相芬顿反应催化剂，在过硫酸盐存在下去除废水中亚甲基蓝。研究显示，该催化体系对亚甲基蓝的去除率非常优异，并且，磁性炭在重复使用七次后仍保持相当好的活性，表明其具有良好的稳定性和可重复使用性。郑景华等人以玉米秸秆为原料，采用浸渍-热解法，先将玉米秸秆浸泡在氯化铁溶液中，烘干后在600℃厌氧条件下煅烧，使其高温裂解制备磁性生物炭，实验表明在pH=7时，磁性生物炭对As(III)的吸附效果最佳。
(2)化学共沉淀法
Matthew Essandoh等在425℃的条件下快速热解制备柳枝稷生物炭（SGB），采用化学共沉淀法在Fe 3＋/Fe 2＋水溶液中经NaOH处理后，在生物炭表面负载氧化铁，制备了磁性柳枝稷生物炭（MSGB）。用FT-IR、SEM、TGA、元素分析和表面积测量等手段对SGB和MSGB进行了表征，在不同pH值、吸附物浓度和温度下，对MSGB的吸附性能进行了研究。结果表明，在pH=2时，嗪草酮在两种生物炭上的吸附效果最好，生物炭的低成本磁化没有使其发生明显的吸收能力的降低，同时，这也使得其在污染吸收后能够从液体中被磁性分离。
2018·11
行业动态5
Chenmical Intermediate
当代化工研究
(3)水热合成法
马文天等以油茶籽壳为碳源，采用水热合成法使生物
炭层对Fe
3O
4
微球进行包覆，成功制备出Fe
3
O
4
@C复合材料，
利用TEM、FT-IR及XRD等对该复合材料进行表征，研究了其对水体中持久性有机污染物PFOS的吸附性能。研究表明，
以水热合成法制备的Fe
3O
4
@C复合材料具有核壳结构、分散
性良好、碳层包覆均匀、磁性优良等特性，通过外加磁场
可以实现Fe
3O
4
@C复合材料的分离与再利用，有效的解决了
吸附剂难分离的缺点。Wang等以葡萄糖为碳源，柠檬酸铁铵为铁源，采用一步水热合成法制备了磁性生物炭材料。用SEM、TEM、XRD、VSM和XPS等方法对合成的材料进行表征。结果表明，制备的磁性纳米材料为球形颗粒，磁性Fe颗粒由碳层包裹，具有良好的吸附性能以及磁性。
2.磁性生物炭在水污染处理的应用
(1)磁性生物炭对水体中重金属的吸附
杜文琪等将水稻谷壳经改性后与磁性物质结合，制得磁性生物炭复合材料（BC-Fe），并将其应用于废水处理，同时进行了磁性生物炭的再生吸附实验。研究表明，在pH=6、 固液比为6g·L-1、吸附时间为1.0h、转速为160r·min-1的条件下，磁性生物炭对废水中Cd2+和Zn2+的去除率最高，高达61.1%和60.4%，吸附量分别为8.6mg·g-1和21.3mg·g-1。 再生实验结果显示，磁性生物炭对Cd2+和Zn2+吸附3次后的去除率仍能达到50.6%和49.1%，可见该磁性生物炭复合材料（BC-Fe）拥有良好的吸附、再生性能。
(2)磁性生物炭对水体中磷的吸附
万霞等以廉价的农林废弃物花生壳为主要原料，将其与
Fe
3O
4
纳米粒子复合，制备了一种可磁分离的生物炭吸附剂，
然后研究了热解温度、溶液pH值、阴离子（Cl-和SO
4
2-）共存等因素对磁性生物炭材料吸附性能的影响。结果表明，复合后的磁性生物炭最大吸附量相比复合前提升了3～5倍，吸附性能优良；阴离子（Cl-和SO
4
2-）共存时，吸附材料对磷的吸附量轻微降低，但总体上磁性生物炭仍旧表现出良好的选择吸附性和磁响应特性。
(3)磁性生物炭对水体中的吸附
Devi等以造纸污泥生物炭为原料，加入溴化十六烷基三甲基铵作为表面活性剂，以NaBH
4
为还原剂，将Fe(II)还原为Fe(0)，再将零价铁负载到造纸污泥生物炭上，合成了磁性生物炭复合材料
（ZVI-MBC），用于处理含的废水。研究发现磁性生物炭复合材料同时具备生物炭和零价铁的优点，具有优良的吸附性和磁性，能将废水中的同时吸附和脱氯，并且能完全去除，另外，老化试验表明，生物炭可以防止ZVI颗粒上形成氧化膜，防治ZVI颗粒被氧化。
(4)磁性生物炭对水体中磺胺甲恶唑（SMX）的吸附
Reguyal等以FeCl
2
为铁源，以松木粉末为碳源，在碱性介质中合成了磁性生物炭吸附剂，进行了磁性生物炭吸附剂的稳定性、参数化、动力学、等温线、热力学和吸附剂再生等研究，结果表明，磁性生物炭具有较好的磁性，其饱和磁化强度为47.8Am2/Kg；在pH=4～9范围内吸附剂更稳定，且在低pH 条件下，其吸附水中污染物磺胺甲恶唑（SMX）的效果更显著。
3.磁性生物炭在其他方面的应用
Thines等在三种不同金属盐存在下，在真空条件下以榴莲皮为原料制备出磁性生物炭。并将该磁性生物炭通过原位聚合工艺嵌入聚吡咯（PPY）形成聚合物，与纯聚吡咯和磁性生物炭相比，聚合物复合材料的比电容明显提高，与现有的PPY包覆碳复合材料相比，MCPP复合材料的最高比电容为572F·g-
1，能量密度为71.50Wh·kg-1。该复合材料具有优良的特性，对未来低成本的超级电容器具有良好的应用潜力。
4.结论与展望
磁性物质与生物炭结合制备的磁性生物炭，在水污染处理方面表现出良好的应用前景。当前磁性生物炭的研究前景和有待解决的问题主要有以下几个方面：
（1）虽然磁性生物炭对水污染的处理效果优良，但并不彻底，且一些吸附机理不明确，需要科研工作者在以后的研究中以此为方向，更深入地揭示磁性生物炭的吸附机理。
（2）在现有报道中，主要以静态吸附试验来研究磁性生物炭对水体中污染物的吸附性能，并不能有效的反映真实环境中的情况，这就需要采用动态吸附试验来模拟真实的环境，从而为磁性生物炭的应用提供指导性建议。
（3）水体中的污染物多种多样，不仅仅有上述的磷、磺胺甲恶唑、和重金属，还有印染废料、农药残留物等污染物，在以后的工作中，应进一步探讨磁性生物炭对其他污染物的去除效果。
（4）磁性生物炭在其他领域中的应用（如在超级电容器等领域），都有着不容忽视的、非常好的应用前景，科研人员在之后的研究中应当积极开发磁性生物炭在其他领域中的应用。
（5）就当前的研究来看，大多是针对于某种单一污染物进行吸附研究，对多种污染物的复合污染研究较少，但实际环境中存在的污染情况会更加复杂，所以可以从这一方面切入，研究磁性生物炭对复合污染物的吸附情况。
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磁分离
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探讨岩矿分析与测试技术在当前阶段的应用与发展
＊张曙光
（山西省地质勘查局二一一地质队 山西 034000）
摘要：基于对岩矿分析与测试技术在当前阶段应用与发展的分析研究，首先要明确岩矿分析过程的主要步骤，并在此基础上了解岩矿分
析测试中应用的主要方法。然后与岩矿分析技术法与岩矿测试物理法这两点内容相结合，对岩矿测试技术的未来发展趋势进行分析，希望能够为相关人士提供帮助。
关键词：岩矿分析；岩矿测试技术；发展前景
中图分类号：T 文献标识码：A
Application and Development of Rock Mineral Analysis and Testing Technology in the
Current Stage
Zhang Shuguang
(The 211 Geological Team of Shanxi Geological Prospecting Bureau, Shanxi, 034000)
Abstract ：Based on the analysis and study of the application and development of rock and mineral analysis and testing technology at the
present stage, the main steps of rock and mineral analysis process should be defined firstly, and the main methods of rock and mineral analysis and testing should be understood on this basis. Then combined with rock and mineral analysis technology method and rock and mineral testing physical method, the future development trend of rock and mineral testing technology is analyzed, hoping to provide help for the relevant people.
Key words ：rock and mineral analysis ；rock and mineral testing technology ；development prospect
作为自然资源最为关键的组成部分之一，矿产资源是我国社会进步、科技发展的重要保证，甚至能够在极大程度上使人民众正常生产生活受到影响。相比较来讲，中国幅员辽阔、地大物博，矿产资源总量目前稳居世界第三位，且每年伴有巨大的矿产开采量。就现阶段我国整体情况来讲，开采岩矿的首要目的即为将岩矿分析测试质量有效提升，确保
biochar composites for use as an adsorbent for the removal of pentachlorophenol from the effluent[J]. Bioresource Tec hnology,2014,169(5):525-531.
[22]Reguyal F, Sarmah A K, Gao W. Synthesis of magnetic biochar from pine sawdust via oxidative hydrolysis of FeCl2 for the removal sulfamethoxazole from aqueous solution.[J]. Journal of Hazardou
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【基金项目】
国家自然科学地区科学基金项目(21762038)；西北民族大学中央高校基本科研业务费资金资助项目(Y18055)；西北民族大学中央高校基本科研业务费专项资金项目(31920170022)；西北民族大学引进人才科研项目(2016035)；甘肃省重点研发计划项目(17YF1GA014)；甘肃省自然科学基金(1506RJZA267)；甘肃省科技计划项目(18JR3RA372)
•【作者简介】
周银（1998-），男，西北民族大学 化工学院；研究方向：为 精细化工。
【通讯作者】
张平，男，西北民族大学 化工学院，甘肃省高校环境友好复合材料及生物质利用重点实验室；研究方向：磁性光催化材料， E-mail: gszhangping@126。
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