物炭净化废水中重金属的机理近几年以来，将生物质废物通过热解炭化转化为生物炭、生物油和生物气的技术受到广泛关注。生物炭被发现具备固碳减排、促进植物生长，固持土壤肥力，吸附重金属等多重环境效益。其中，由于重金属对人体的高危害以及对环境质量的破坏性，将生物炭用以净化废水中的重金属，受到了学者们的广泛关注。根据 Web of Science 的相关统计，在 2025 年—2025 年 10 年，有超过 7000 篇关于生物炭固定重金属(铅、镉、锌、铜、铬与砷)的论文发表，且论文发表数量每年递增(图 1)。然而，关于生物炭的基本性质及其对不同重金属的固定机理缺乏系统总结，而针对复合生物炭固定重金属的设计原理也少有提及。基于此，本文对生物炭的基本结构性质以及固定重金属的机理做出概述，探讨复合生物炭的设计及其对重金属固定强化效果，并对生物炭用以净化废水重金属的未来讨论与挑战进行展望。Part1 生物质转化生物炭过程当中结构性质的变化生物炭是利用生物质残体在缺氧环境中经过热化学反应形成的富碳产物，近几年以来因其潜在的固碳能力、土壤改良功能、污染物修复功能等受到广泛关注。生物炭通常于 350～750 ℃温度内热解制备得到，其具备如下理化特征：比表面积约 10～600 m2/g，大多为介孔结构，孔内粗糙无序；表面形成携带负电荷的官能团如羧基、酚/氢醌类物质等；同时又富含矿物质，如 K、Ca、Mg、Fe、P 等。生物质转化为生物炭过程当中，形成的孔道结构、表面官能团以及矿物组分都会显著影响生物炭对废水中不同重金属的固定能力。1.1 孔结构的形成生物炭的比表面积与孔道结构受到热解温度的影响。一般而言，生物炭的比表面积随着热解温度的上升而不断上升，尤其是当热解温度超过 500 ℃时，生物炭的比表面积出现显著上升。在较高热解温度时，生物质原材料中的脂肪族表面官能团被破坏，并在表面形成一定的类石墨结构，进而导致了生物炭的比表面积增大。Keiluweit 等的讨论发现，木质类以及草类生物炭的比表面积随着热解温度由 1.6～1.8 m2/g 上升至 139～347 m2/g。生物炭的比表面积一般与其表面的孔体积成正比。除了热解温度，生物质的原材料也会影响其比表面积与孔结构，粪便基生物炭的比表面积与孔数量一般小于木制类或是草类生物炭。Zhao 等讨论了不同生物质原料在 500 ℃热解制备得到的生物炭的比表面积，结果显示粪便生物炭的比表面积仅为 21.9～47.4 m2/g，远低于木屑生物炭的比表面积(233 m2/g)...
