Page 19 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2023年5期

第 5 期 夏晓阳 等：改性生物炭特征及其对盐碱化土壤改良的研究进展 13

1 生物炭的改性方式及其理化性质 的表面结构和理化性质、提高其应用性能，越来越多
的学者集中于生物炭的改性研究，其制备流程通常
生物炭在土壤改良中应用广泛，但在复杂的土 分为前处理和后处理2种类型（图1）。目前生物炭常
壤环境中，其比表面积、孔隙度和官能团具有局限 用的改性方法大致分为 4类：物理改性、化学改性、负

性，无法满足理想的改良效果要求。为优化生物炭 载改性和有机改性。

图1 改性生物炭的制备流程
Fig.1 Preparation process of modified biochar
1.1 物理改性 面络合物，提高对金属离子的吸附能力 ［13］ 。总体而
物理改性包括球磨、气体活化、紫外线照射等， 言，化学改性增加生物炭表面的含氧官能团种类和
是一种在改性过程中不需要使用化学试剂的绿色、 数量，提高生物炭比表面积和孔隙度，其中酸碱改性
环境友好型改性方式。球磨研磨将生物炭内部孔隙 能够对生物炭的pH产生显著影响。
网络暴露、含氧官能团引入生物炭表面，比表面积扩 1.3 金属负载改性
大 ［17］ 。气体活化过程中因挥发性化合物被清除增加 金属改性可使生物炭获得更大的比表面积和更
孔隙度，水蒸气中氧与生物炭表面碳交换，形成表面 多的吸附位点，改变生物炭金属元素含量和表面电
氧化物 ［18］ 。紫外光照射可以氧化生物炭原有的官能 荷，具有良好的静电吸引和沉淀能力。外源金属氧
团，在照射距离 40 mm 下照射 32 h 后生物炭 O/C 从 化物的负载能够显著提升生物炭对阴离子的吸附能
0.22上升至 0.45，说明改性生物炭的含氧官能团相对 力 ［15］ 。例如，MgCl 2 改性后的生物炭表面引入带正
含量增加 ［19］ 。因此，物理改性的主要作用是扩大生 电的 MgO 片层和羟基官能团有利于对硝态氮的吸
物炭比表面积、孔隙结构，增加表面官能团种类和 附 ［21］ 。FeCl 3 和 FeCl 2 改性的水稻秸秆生物炭具有较
数量。 高的零电荷点（pHzpc），增强了与磷养分之间的静电
1.2 化学改性 吸附和配体交换反应，提高对磷酸盐的吸附率，磷素
化学改性是提升生物炭表面性能最常用的方 养分淋失率分别降低 86.4% 和 69.3% ［16］ 。也有研究
式 ，通 过 加 入 酸（H 3 PO 4 、HNO 3 、HCl、H 2 SO 4 ）、碱 发现，MgO堵塞生物炭孔隙从而降低比表面积，但对
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（NaOH、KOH）或氧化剂（H 2 O 2 、KMnO 4 ）来实现对生 K 和 PO 4 的吸附能力增强，说明金属负载改性生物
物炭理化性质的改善。酸碱改性对于生物炭表面酸 炭的吸附能力主要受化学过程影响 ［22］ 。
碱基团的影响十分显著，KOH 改性后碱性基团的比 1.4 有机改性
例进一步增加，而 H 3 PO 4 改性后酸性基团显著升高， 有机化合物官能团含量丰富，被广泛用于生物
约是碱性基团的 3.3 倍 ［12］ 。HCl 改性后油茶籽壳生 炭的官能团富集。施用富含羧基、羟基、酚基和醇基
物炭表面羧基和酚羟基均有所增加 ［20］ 。H 3 PO 4 改性 等含氧官能团的改性生物炭能够显著增强对目标污
也得到了相似的结果，即化学改性生物炭的比表面 染物的吸附。Li 等 ［23］ 用 L-半胱氨酸对柚皮生物炭
积和孔隙度增加，含氧官能团（—COOH、—OH、P= 改性，将巯基、氨基、羧基官能团在生物炭富集，增加
O、P=OOH）含量显著升高，通过与金属离子形成表 生物炭的吸附位点和亲水性。以聚乙烯亚胺作为改