模拟老化过程显著改变生物炭的氧化还原特性以促进铬酸盐还原

本研究通过模拟化学氧化、酸化和冻融循环等老化过程，系统探究了小麦秸秆生物炭（BC）氧化还原性能的演变机制。结果表明氧化处理（OBC）显著提升了电子传递容量（ETC），其电子供给能力（EDC）和电子接受能力（EAC）分别提升至0.066和0.151 mmol e–/gc，归因于酚羟基/醌基团富集、比表面积增加及π–π*共轭结构形成。该生物炭不仅能作为电子供体直接还原Cr(VI)，还可作为电子穿梭体介导乳酸协同作用，使Cr(VI)还原效率提升2-3倍，为持久性环境污染物修复提供新策略。

　　

Highlight

模拟老化过程诱导生物炭氧化还原特性发生显著改变，进而影响其铬酸盐还原能力。

Conclusions

本研究揭示了不同老化过程对生物炭氧化还原活性的调控机制：冻融循环会破坏生物炭的微孔结构，导致比表面积下降；而氧化和酸化老化则能显著富集生物炭表面的含氧官能团（如羧基、羰基、醌类和酚羟基）。这些官能团的增加与电子传递容量（ETC）的增强密切相关，使生物炭既能作为电子供体直接还原Cr(VI)，又能作为电子穿梭体介导乳酸等有机物的协同还原作用。该发现为设计长效环境修复材料提供了理论依据。

CRediT authorship contribution statement

Yong Yuan：研究监督、资金支持、概念设计；Kun Wang：数据分析；Shaofeng Zhou：论文审阅、研究监督、资金支持；Beiping Zhang：实验验证、可视化、论文撰写；Yuchao Tang：数据分析；Xianhuai Huang：研究监督、资金支持。

Declaration of Competing Interest

作者声明无已知竞争性财务利益或个人关系影响本研究。

Acknowledgments

感谢国家重点研发计划（2023YFC3205705）、广东科学院青年人才项目（2024GDASQNRC-0201）等项目的资助。