氧化石墨烯改性生物炭强化吸附处理畜禽废水：纳米限域与化学吸附协同机制及其水土净化应用

本研究针对畜禽废水及酸性土壤中复合污染物（NO3?/NH4+/PO43?、重金属及药物残留）协同去除难题，开发了氧化石墨烯（GO）改性生物炭与氧纳米气泡（NBs）联用技术。该复合材料通过π-π作用、氢键和静电吸引实现95-99%污染物去除，同步提升土壤pH（4.2→7.1）并降低砷健康风险（<0.00015 mg/kg），为可持续环境修复提供新范式。

　　

当前，全球80%未经处理的废水直接排入水体，导致沿海死亡区超500处，而重金属和药物残留的协同污染更引发微生物群落失衡、抗生素耐药基因扩散等连锁反应。尤其酸性土壤中，质子化作用加剧重金属迁移，威胁食品安全。传统技术如活性炭吸附因选择性差、成本高难以应对复合污染，严重阻碍联合国可持续发展目标（SDG 6清洁水、SDG 13气候行动）的实现。

为解决这一难题，台湾大学团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，提出将氧化石墨烯（GO）改性生物炭与氧纳米气泡（NBs）联用的创新方案。研究者通过SEM、XPS等技术表征材料特性，结合动力学模型和植物（莴苣）生物验证，系统评估污染物去除效率及土壤改良效果。

材料表征
SEM显示GO-生物炭具有1382 m²/g高比表面积和5.58 nm介孔结构，XPS证实C=O（286.8 eV）和COOH基团增强，为污染物提供多重结合位点。

吸附机制
伪二级动力学模型（R²>0.98）表明化学吸附为主导路径，碱性条件下表面去质子化使NH₄⁺等去除率达99%。FTIR显示污染物通过π-π堆叠、内层络合固定。

环境应用
NBs（562 kPa）提升溶解氧至10.6 mg/L，刺激微生物降解药物残留。土壤修复后，莴苣生物量提升99%，砷致癌风险降至可忽略水平。

结论
该研究首次实现GO-生物炭与NBs的协同设计，突破传统技术对复合污染的选择性限制。材料5次再生后性能稳定，兼具碳捕获（CO₂通量调控）与土壤修复功能，为"黑色技术绿色化"提供范例，直接响应SDG 2（零饥饿）、SDG 12（负责任消费）等多重目标。