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本文全面评估了碳基吸附剂（如活性炭、生物炭、碳纳米管和石墨烯）在废水处理中的性能与环境影响。其虽有高效去除污染物的能力，但生产耗能大、会产生排放等问题。研究强调需绿色生产、开发复合吸附剂和可持续再生技术，值得关注。
引言
水污染是全球亟待解决的重大问题，工业、农业和市政污水排放日益增多，严重威胁生态系统和人类健康。每年产生大量废水，其中部分未经处理直接排入环境，且预计未来废水产量还会因城市化和人口增长而大幅上升。常见污染物如重金属、有机污染物等进入水体，造成长期环境破坏。传统废水处理方法存在效率低、成本高和产生二次废物等问题。碳基吸附剂因其高吸附容量、化学稳定性和能同时处理多种污染物的特性，成为有前景的解决方案，但使用它也面临环境、经济和技术等方面的挑战。当前研究缺乏对其生产环境成本与废水处理效果权衡的综合评估，本综述从性能和可持续性角度对碳基吸附剂进行全面分析，旨在填补这一空白，推动废水处理技术创新与可持续实践相结合。
研究方法
本文采用系统文献网络分析和内容分析相结合的方法，结合系统文献综述和文献计量分析，遵循前人研究方法，并依据 PRISMA 2020 协议进行元数据收集。
近期趋势和文献计量分析
通过对 Scopus 数据库数据的分析，展示了碳基材料用于重金属修复领域的研究趋势，包括每年发表文献数量的显著增长、主要贡献期刊以及文章类型的分布情况，这些信息有助于了解该研究领域的发展动态和重点方向。
碳基吸附剂的类型及其合成方法
碳基材料因具有高比表面积、孔隙率和化学稳定性，被广泛认为是有效的废水处理吸附剂。从活性炭、生物炭到碳纳米管和石墨烯等先进纳米材料，它们的结构和性能因合成方法不同而有所差异。
碳基吸附剂在废水处理中的应用及有效性
碳基吸附剂凭借其优异的物理和化学性质，如高比表面积、孔隙率、化学稳定性和超强吸附能力，在废水处理中不可或缺。它可用于去除重金属、有机污染物、染料等多种污染物。
污染物去除的吸附机制
通过吸附去除污染物涉及吸附剂表面与目标污染物之间的复杂相互作用，受多种物理和化学机制的支配。活性炭、生物炭、碳纳米管（CNTs）和石墨烯等碳基吸附剂利用其高比表面积、孔隙率和功能基团来实现吸附，吸附效果取决于污染物的性质、吸附剂的特性和操作条件。
碳基吸附剂生产的环境影响
碳基吸附剂的生产对解决水污染至关重要，但也带来了显著的环境挑战。热解、化学活化和先进合成技术等生产过程能耗大且会产生排放，其环境影响因碳基吸附剂类型、使用的原料和生产工艺而异。
可持续废水处理视角下的双刃剑
碳基吸附剂在废水处理领域具有独特地位，它既是有效的污染物去除剂，又可能成为潜在的环境负担，这种双重性质在可持续发展框架内构成了矛盾。其在为解决水污染问题做出重要贡献的同时，生产、使用和报废管理环节引发了诸多问题。
使用碳基吸附剂的挑战和权衡
尽管碳基吸附剂为废水处理提供了有前景的解决方案，但在实际应用中存在一些挑战和权衡，需要谨慎处理以确保可持续发展。这些挑战源于生产、运行性能和处置等方面的技术限制和环境问题，包括吸附效率的差异、生产成本高以及纳米颗粒毒性风险等。
可持续使用的未来方向和建议
为了充分发挥碳基吸附剂在废水处理中的潜力，未来的研究和开发应致力于解决当前的挑战，同时提高其可持续性。鉴于其兼具优异的污染物去除能力和环境负担的双重特性，需要创新策略来改进生产方法、降低运营成本和减轻环境风险。具体包括探索绿色生产工艺、开发复合吸附剂和可持续再生技术等。
结论
碳基吸附剂是废水处理领域的一项变革性进展，能够有效去除包括重金属、有机污染物和新兴污染物在内的多种污染物。其高吸附容量、多功能性和功能定制潜力使其在解决各行业水污染问题中不可或缺。然而，在实际应用中，也带来了显著的环境和运营挑战。因此，需要进一步研究和创新，以实现碳基吸附剂在废水处理中的可持续应用。
