抗生素药渣生物炭中碳和磷元素的演变及对Pb的固定机制

　　抗生素药渣热解制备生物炭材料是热点环境问题。碳和磷元素的演变，决定了生物炭材料固定重金属Pb的能力。热解过程极其复杂，生物炭中碳和磷元素的演变过程仍没有解释清楚。复旦大学环境科学与工程系、上海市大气颗粒物污染防治重点实验室、上海市污染控制与生态安全研究院张士成教授和朱向东青年研究员研究组，对生物炭中碳和磷元素演变进行了深入的研究，相关研究成果发表在《Chemical Engineering Journal》上。 

　　该研究组发现不仅热解改性温度，而且气氛显著影响了生物炭材料对重金属Pb的固定能力。在低温下（< 600oC），羧基的热转化和有效磷的演变均不受活化气体类型的影响；而在高温下（> 600 oC），碳酸根的热转化和有机磷的演变强烈依赖于活化气体类型。该研究利用北京同步辐射装置（BSRF）4B7A-中能实验站开展的X射线谱学实验解析了磷酸盐的形态，抗生素药渣生物炭中羟基磷酸石和磷酸铝，这为离子交换吸附重金属Pb提供了活性吸附位点。CO2气体会抑制碳酸根的热转化，也可以通过消耗炭基质转化有机磷为无机磷。水体中Pb的固定主要受碳酸根和有效磷的浓度控制。在高温下，由于较高的有效磷和碳酸根含量，CO2气氛下活化的生物炭对水体中Pb的固定能力远强于N2活化的生物炭。结果表明，生物炭对水体中Pb的最大固定容量为454 mg/g。研究机制如下图所示。 

发表文章： 

　　Yuchen Liu, Xiangdong Zhu*, Xinchao Wei, Shicheng Zhang*, Jianmin Chen, Zhiyong Jason Ren. CO2 activation promotes available carbonate and phosphorus of antibiotic mycelial fermentation residue-derived biochar support for increased lead immobilization. Chemical Engineering Journal 2018, 334, 1101-1107.