生物炭高效吸附沙壤土中氯虫苯甲酰胺的机理研究：基于LC-MS/MS方法的优化与应用

本研究针对农药氯虫苯甲酰胺（CAP）在土壤中的残留污染问题，利用入侵植物Lantana camara制备的生物炭（LB）作为吸附剂，通过动力学、等温线和热力学模型结合LC-MS/MS技术，证实LB可显著提升CAP吸附率（最高达97.04%），为农药污染治理提供可持续解决方案。

　　

农药氯虫苯甲酰胺（Chlorantraniliprole, CAP）作为高效杀虫剂，在果蔬和棉花种植中广泛应用，但其在土壤中的残留问题日益严峻。由于CAP的较低辛醇-水分配系数（Log K_ow = 2.90）和持久性，易通过渗透或地表径流污染地下水，威胁生态系统和人类健康。传统吸附剂如活性炭成本高昂，而生物炭（Biochar）因其多孔结构和高比表面积成为新兴替代品。印度蔬菜研究所（ICAR-Indian Institute of Vegetable Research）的Arvind Kumar团队利用入侵植物Lantana camara制备生物炭（LB），系统研究了其对沙壤土中CAP的吸附效能与机制，成果发表于《Microchemical Journal》。

研究采用LC-MS/MS（液相色谱-串联质谱）优化检测方法，结合X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、比表面积分析（BET）、热重分析（TGA）等技术表征LB理化性质。通过动力学模型（伪二级动力学）、等温线（Langmuir模型）和热力学参数（ΔG°、ΔH°、ΔS°）分析吸附过程，并对比未处理土壤与LB改良土壤的CAP吸附差异。

研究结果

1. 吸附性能：LB显著提升CAP吸附效率，未处理土壤吸附率仅23.77%-30.15%，而LB改良后达74.61%-97.04%，最高提升3倍。
2. 机理分析：伪二级动力学模型（R² > 0.99）表明吸附以化学吸附为主；Langmuir模型证实单分子层均匀吸附；热力学显示自发（ΔG° < 0）、放热（ΔH° = -18.24 kJ/mol）且界面无序度降低（ΔS° < 0）。
3. 表征结果：XRD显示LB结晶峰（2θ=26.75°）；FT-IR检出-OH、C=O等官能团；BET测得高比表面积（>300 m²/g）；SEM-EDAX证实表面多孔及元素分布。

结论与意义
LB通过化学吸附和孔隙截留双重作用高效固定CAP，其制备过程兼具入侵植物资源化与土壤修复双重效益。研究为农药污染治理提供了低成本、可持续的技术路径，符合联合国可持续发展目标（SDGs）中清洁水源与可持续农业的要求。未来需进一步探究LB长期田间应用的稳定性及对土壤微生物的影响。