综述：生物炭中的多环芳烃：热化学参数的影响与分析考量

这篇综述系统探讨了生物炭（biochar）生产过程中多环芳烃（PAHs）的形成机制与控制策略，重点分析了热解温度（500°C为轻重PAHs分界点）、原料类型（木质素/非木质素生物质）及工艺参数（加热速率、停留时间）对PAHs生成的影响，并评述了提取检测技术（如GC-MS、HPLC）的挑战，为平衡生物炭的农业环境效益（如碳封存2.68 tCO2e/吨）与污染物风险（符合EBC/IBI标准）提供科学依据。

　　

背景与现状
生物炭作为农业废弃物热解转化的高附加值产物，因其多孔结构和大比表面积在土壤改良（持水性提升）、碳封存（橄榄枝生物炭达2.68 tCO₂e/吨）及污染物吸附（重金属、微塑料）中展现巨大潜力。然而，热解过程中伴随生成的多环芳烃（PAHs）——尤其是美国EPA列出的16种优先污染物——可能引发致癌、致突变风险，其浓度受EBC（12 mg/kg）和IBI（6 mg/kg）严格限制。

PAHs的形成机制
PAHs的生成遵循氢提取-乙炔加成（HACA）和自由基反应路径。低温（<500°C）促进轻质PAHs（2-3环）形成，而高温（>500°C）则利于重质PAHs（4-6环）通过缩合反应累积。木质纤维素原料（含40-60%纤维素）与非木质纤维素原料（高蛋白/脂质）的差异显著影响PAHs谱系：前者因木质素热解产生更多苯并[a]芘等高危物质。

关键工艺参数
• 温度：700°C以上PAHs总量下降但高分子量占比上升
• 停留时间：延长可促进PAHs二次裂解，但可能加剧炭化不均
• 氧气控制：缺氧环境减少燃烧衍生PAHs，但可能增加持久性自由基（PFRs）

分析技术挑战
超声辅助提取（ASE）与索氏提取对比显示，二氯甲烷-丙酮混合溶剂对固态生物炭基质中PAHs回收率最优。GC-MS因高灵敏度成为主流检测手段，但需注意基质干扰导致的峰重叠问题。

规模化生产的启示
中试研究表明，两段式热解（快速升温+恒温段）可降低PAHs生成30%，而机器学习模型（如随机森林）能通过预测原料组分（灰分含量、挥发分）优化工艺参数组合。

未来方向
需建立标准化PAHs检测流程，并探索生物炭老化过程中PAHs的迁移转化规律。通过调控热解条件与原料预处理（如酸洗脱矿），可实现环境安全性与功能性的双赢。