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为解决酸性矿山废水（AMD）中镧系元素（Ln）污染问题，研究人员开展生物炭作为可持续吸附剂处理含 Ln 废水的研究。结果表明生物炭有潜力，其性能与多种因素有关。该研究为 AMD 治理提供新方向。
在地球的矿业活动中，一场看不见的污染危机正悄然上演。从矿石中提取和加工含有镧系元素（Ln）的矿产时，会产生大量废弃物，这些废弃物在雨水等作用下，形成富含 Ln 的渗滤液和酸性矿山废水（AMD）。AMD 具有酸性 pH 值和高浓度铁（Fe），其中 Ln 等物质不仅会对生态环境造成直接危害，还可能通过食物链在生物体内积累，威胁人类健康。
传统处理 AMD 的方法，如使用石灰石，虽然能在一定程度上调节 pH 值和降低金属浓度，但成本高昂；而铁和硅纳米颗粒等吸附材料，又存在因在特定 pH 条件下不稳定而造成二次污染的问题。在这样的困境下，生物炭逐渐进入研究人员的视野。它是一种富含碳的材料，通常由有机原料在缺氧环境中热解而成，具有成本效益高、可利用生物质残渣等优势，符合可持续发展和循环经济理念。然而，此前生物炭用于处理 Ln 污染水体和 AMD 的研究较少。
为探索生物炭在这一领域的潜力，来自国外的研究人员开展了相关研究。他们旨在考察生物炭材料去除模拟污染水体中 Ln 的可行性，尤其是针对 AMD。研究成果发表在《Chemosphere》上，为解决 AMD 污染问题带来了新的希望。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，对生物炭和水基质进行全面的理化表征，包括测定 pH、总碳、氢、氧、氮含量，总有机碳（TOC）、比表面积（SSA）、阳离子交换容量（CEC）等指标。其次，运用连续流吸附技术模拟实际水过滤场景，通过设置不同的水基质和污染物浓度，进行一系列吸附实验。实验过程中，利用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP - OES）测定各元素含量，并进行空白和质量控制实验确保数据准确性 。
下面来看看具体的研究结果：
- 生物炭的理化性质和形态结构：研究使用的两种生物炭材料（来自松树枝（PB）和花园废弃物（GaW））均呈碱性，具有较高的酸中和能力（ANC）。元素分析显示其含有芳香碳结构和含氧官能团，水基质中阳离子会影响 Ln 吸附过程。两种生物炭具有相似的碳质结构，但 GaW 内部有小颗粒聚集体，导致比表面积略有差异。
- 颗粒粒径对 Sm 吸附容量的影响：实验发现，生物炭颗粒粒径减小，达到穿透和饱和所需时间延长，吸附容量增大。如 PB 和 GaW 生物炭中，<63μm 粒径的部分比 2 - 1mm 粒径部分的吸附容量分别高 4 倍和 6 倍 。
- 基质对生物炭吸附容量的影响：在考察不同水基质对生物炭吸附 Sm 的影响时，发现双蒸水（DD）和河水（FW）基质的差异对吸附过程无显著影响，表明溶解有机碳（DOC）和可溶性阳离子浓度不同未阻碍吸附。在研究同时吸附多种 Ln 时，发现混合污染场景下，Ln 会竞争吸附位点，导致每种 Ln 的吸附容量下降，但总体吸附容量与单一 Sm 污染时相近，且通过表面分析证实 Ln 在生物炭表面均匀分布 。
- 生物炭对 AMD 中 Ln 的吸附效率：在模拟 AMD 场景中，生物炭初期可完全吸附 Ln 和 Fe，这可能是离子交换和 Fe 沉淀作用的结果。随着时间推移，生物炭缓冲能力下降，Ln 开始解吸，溶液 pH 降低。通过近似计算，PB 和 GaW 对 La + Sm + Lu 的吸附容量分别为 103 和 217meq kg?1 ，与其他研究中生物炭对 AMD 中重金属的吸附容量相当。
研究结论和讨论部分指出，生物炭是处理 Ln 污染水体包括 AMD 的有前景的吸附剂，但前提是其关键性能要合适。颗粒粒径影响吸附性能，虽减小粒径可提高吸附容量，但可能增加成本。不同水基质对 Ln 吸附影响不显著，而多种 Ln 共存时会竞争吸附位点。在处理 AMD 时，要考虑生物炭的高缓冲能力，避免超出其酸中和能力导致吸附性能下降。该研究为生物炭在处理 Ln 污染水体和 AMD 方面提供了理论依据和实践指导，有助于推动可持续的环境污染治理技术发展。
