鉈(TI)是一種分布較廣、毒性極高的有害重金屬，可通過土壤污染沿食物鏈來威脅人類健康。利用生物炭修復(fù)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染具有巨大應(yīng)用前景。目前如何利用生物炭來修復(fù)農(nóng)業(yè)土壤鉈污染的研究報(bào)道還很少，因此需要進(jìn)行相關(guān)研究來開發(fā)有效的生物炭修復(fù)技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)土壤鉈污染的高效修復(fù)，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境及其品質(zhì)的保障。

本文總結(jié)了世界上土壤鉈污染的來源、遷移轉(zhuǎn)化、水平、生物可利用性及其健康風(fēng)險(xiǎn)等信息，回顧了生物炭的制備技術(shù)、改性技術(shù)及其重金屬修復(fù)機(jī)理，比較了生物質(zhì)、活性炭與生物炭等相關(guān)材料對(duì)土壤鉈污染修復(fù)的性能與效益，在此基礎(chǔ)上預(yù)期生物炭修復(fù)鉈污染的農(nóng)業(yè)土壤將具有良好性能，呈現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。農(nóng)業(yè)土壤中生物炭及其相關(guān)材料對(duì)鉈的修復(fù)作用

1.通過生物質(zhì)的生物吸附修復(fù)鉈

多種生物質(zhì)資源包括秸稈、木材、糞便和其他有機(jī)廢物在內(nèi)的生物炭原料，都可以用來修復(fù)受鉈污染的土壤。為了從水溶液中去除鉈，有學(xué)者進(jìn)行了真菌處理過的黑曲霉(Aspergillusniger)生物質(zhì)研究(包括批式pH、動(dòng)力學(xué)、等溫線研究)和使用氧化鐵包被的固定化真菌生物質(zhì)的土柱研究(研究pH和接觸時(shí)間對(duì)鉈的吸附過程的影響)。

結(jié)果表明，所選生物質(zhì)的pH值為4和5表現(xiàn)出較高的鉈吸附。動(dòng)力學(xué)研究表明，鉈吸附在黑曲霉真菌生物質(zhì)上的平衡時(shí)間為6小時(shí)，其中該速率在早期幾個(gè)小時(shí)內(nèi)較迅速。此外，通過在130°C烘箱干燥的氧化鐵涂層生物質(zhì)(去除率67%)和十六烷基處理的生物質(zhì)(去除率53%)可有效去除鉈。

另外，最近的類似研究是基于Pestalotiopsissp.FW-JCCW的干燥生物質(zhì)對(duì)鉈(I)的生物吸附，其中考慮了等溫、動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)機(jī)理。同樣，研究了包括反應(yīng)pH、鉈(I)的初始濃度、攪拌速度、反應(yīng)溫度和接觸時(shí)間等重要的因素對(duì)鉈(I)生物吸附能力的影響。表征結(jié)果表明，菌株表面的官能團(tuán)(C-O，-OH或-NH，-CN和-COOH)有助于生物吸附。這證實(shí)了Pestalotiopsissp.FW-JCCW可用作去除廢水中鉈(I)的有效吸附劑。

另一批式模式研究使用桉樹葉粉末從水溶液中去除鉈(III)離子。鉈(III)的吸附強(qiáng)烈依賴于pH值，在25±1°C時(shí)最大吸附量為78.2%。另外，在中國貴州進(jìn)行的一項(xiàng)較早的鉈生物吸附研究使用從富營養(yǎng)化湖泊中收集的干生物膜生物質(zhì)也證明，當(dāng)溶液為堿性時(shí)，可以從水溶液中有效去除鉈。因此，證明吸附劑的改性可以顯著提高吸附效果。

此外，批量處理研究表明可以使用改良的甜菜漿從水溶液中去除鉈(I)，并且通過用NaOH預(yù)處理可以提高吸附劑的去除效率。該吸附過程發(fā)生迅速，并且在pH值為5至9且吸附量為7.00g/L的情況下，鉈(I)達(dá)到了的最大去除效率。然而，由于生物質(zhì)在農(nóng)業(yè)土壤和水相中快速分解，因此吸附的鉈通常被快速釋放。由于潛在的安全問題和費(fèi)時(shí)的后處理，很少有生物吸附方法用于環(huán)境修復(fù)。因此，未來的研究應(yīng)側(cè)重于在農(nóng)業(yè)土壤中實(shí)現(xiàn)鉈修復(fù)，包括其后續(xù)的安全性和自然界中的后處理。生物炭被證明是有效的農(nóng)業(yè)土壤重金屬修復(fù)的環(huán)境友好材料，將來亦可更多的嘗試將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物炭進(jìn)行應(yīng)用研究。

2.活性炭對(duì)鉈的修復(fù)

生物質(zhì)的高溫加熱或退火，使得具有各種化學(xué)成分(包括磷酸，殼聚糖，氫氧化鉀或過氧化氫)生物質(zhì)例如椰子殼形成具有發(fā)達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面積的碳材料，是相應(yīng)的生物炭材料的三倍。碳材料在去除疏水有機(jī)基質(zhì)方面表現(xiàn)出很高效率，并且對(duì)大表面積碳有很強(qiáng)的親和力。

Sabermahani等通過從杏殼酮?dú)ぶ挟a(chǎn)生微結(jié)構(gòu)化活性炭及其在鉈吸附中的應(yīng)用，提出了表面積和吸附效率之間存在相關(guān)性。結(jié)果顯示高速吸附和平衡發(fā)生在在30分鐘內(nèi)。盡管可以將活性炭視為去除污染物的理想材料，但制備成本很高。因此，應(yīng)將關(guān)注點(diǎn)放在生物炭制備和有效降低制備成本上。

3.生物炭對(duì)鉈的修復(fù)

生物炭被認(rèn)為是用于鉈修復(fù)的有效吸附劑。在充分考慮到對(duì)生物地球化學(xué)循環(huán)破壞程度的情況下，應(yīng)有效利用生物炭。此外，由于生物炭的低成本和環(huán)境友好性，其使用可以減少對(duì)環(huán)境的威脅。

最近，Li等通過用西瓜皮制備的生物炭成功去除了受污染廢水中的鉈，該生物炭制備是用pH范圍為(4~12)的KOH和HCl改性，溫度為500°C條件下制備的。觀察到最高的鉈吸附容量達(dá)到178.4mg/g，超過了其他的生物炭。然而，關(guān)于在污染土壤中鉈修復(fù)的生物炭應(yīng)用的研究很少。具體來說，生物炭在限制土壤中鉈的浸出性和其他自然污染方面起著突出的作用。由于生物炭的負(fù)表面電荷、堆積密度和表面積較大因此含有大量的吸附室，從而具有足夠的孔隙形狀，鉈可以從吸附劑的外表面遷移到內(nèi)核。例如，由于功能基團(tuán)(例如羧基，羥基和酚基(-COO-和-OH-)的存在，生物炭上帶有大量負(fù)電荷的表面位點(diǎn)可以將鉈陽離子結(jié)合，從而降低其在土壤中的遷移率。

由于其優(yōu)異的性能，生物炭的最佳及時(shí)應(yīng)用可顯著影響鉈的修復(fù)。具體地，鉈可以被生物炭快速固定在農(nóng)業(yè)土壤中，從而減輕了植物對(duì)鉈的吸收。實(shí)際上，生物炭在進(jìn)入農(nóng)業(yè)土壤時(shí)會(huì)被老化，從而影響鉈的修復(fù)，而鉈的修復(fù)可能受到周圍(微生物)生物和許多因素(包括粘土礦物質(zhì)，pH和有機(jī)物)的影響。

另外，生物炭的密度顯著低于礦質(zhì)土壤的密度，并可以降低土壤密度，因此生物炭中存在的包括磷酸鹽和碳酸鹽在內(nèi)的礦物質(zhì)可以通過鹽和鉈之間的沉淀方法降低土壤中鉈的遷移率和生物利用度。生物炭的礦物質(zhì)有助于其將鉈結(jié)合并從土壤中螯合。為了通過生物炭獲得更高的鉈去除率，可以綜合研究生物炭及其相應(yīng)修復(fù)技術(shù)的組合，以及其在農(nóng)業(yè)中實(shí)際操作等。展望

本文提供了土壤中Tl污染的概述，以強(qiáng)調(diào)其污染控制的意識(shí)及其需要高效修復(fù)/去除的原因。生物炭以其適宜的改性技術(shù)在污染土壤中固定和修復(fù)Tl方面顯示了其優(yōu)越性。此外，與其他現(xiàn)有吸附劑(如活性炭和生物質(zhì))相比，生物炭的使用優(yōu)勢較大，究其原因是生物炭具有更高效、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保等優(yōu)越特性。此外，生物炭在老化過程中可以表現(xiàn)出較高的污染物解吸能力，導(dǎo)致吸附污染物的浸出。因此，考慮到老化生物炭的高解吸性，對(duì)其潛在的負(fù)面影響值得更多的關(guān)注。未來的研究仍需進(jìn)一步開發(fā)高效制備技術(shù)與改性技術(shù)，從而可持續(xù)地減少環(huán)境特別是農(nóng)業(yè)土壤中的鉈污染。