《Separations》:Biochar-Based Sorbents for the Extraction of Emerging Organic Contaminants from Environmental Matrices: A Review
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环境基质中新兴有机污染物(EOCs)的出现日益增多,加剧了对灵敏、选择性好且可持续的分析方法的需求。样品前处理起着关键作用,尤其是在复杂基质中进行痕量测定时。生物炭因其多孔结构、可调控的表面化学、低成本以及可由可再生生物质废弃物生产的潜力,成为一种有前景的样品
环境基质中新兴有机污染物(EOCs)的出现日益增多,加剧了对灵敏、选择性好且可持续的分析方法的需求。样品前处理起着关键作用,尤其是在复杂基质中进行痕量测定时。生物炭因其多孔结构、可调控的表面化学、低成本以及可由可再生生物质废弃物生产的潜力,成为一种有前景的样品前处理吸附剂。本综述考察了自2020年以来生物炭基吸附剂用于从环境基质中萃取EOCs的情况,特别关注前驱体生物质、生产条件、表面化学、吸附机理与萃取性能之间的关系。农业废弃物是占主导地位的生物质类别,而固相萃取(SPE)、磁性固相萃取(MSPE)和固相微萃取(SPME)是最常报道的方法。生物炭基萃取已应用于多种EOCs,其中农药是研究最多的分析物类别。研究人员讨论了热解条件、活化、表面化学及其他参数如何影响分析物的保留与解吸。研究人员从萃取效率、精密度和其他分析参数方面比较了不同的萃取方法。最后,研究人员讨论了当前的局限性及研究机会,以指导生物炭基吸附剂作为可持续材料在样品前处理和环境监测中的开发。
1. 引言
工业活动的加剧使大量化学品进入环境,新兴有机污染物(EOCs)因持续释放、环境持久性和尚不明确的长期风险而备受关注。EOCs在复杂环境基质中通常以痕量存在,常规处理工艺难以有效去除,因此发展灵敏、选择性强的分析方法十分必要。样品前处理是减少基质干扰、提高方法灵敏度和可靠性的关键环节,而吸附剂的选择直接影响萃取效率与方法选择性。生物炭因其多孔结构、可调的表面化学、低成本以及由可再生生物质废弃物制备的潜力,成为一种有前景的样品前处理吸附剂。已有综述多关注生物炭对环境污染物的吸附去除,较少系统总结其作为分析萃取材料的性能。本综述重点总结了2020年以来生物炭基吸附剂在环境基质EOCs萃取中的研究进展,并讨论制备条件、表面化学、吸附机理与分析性能之间的关系。
2. 方法
研究人员在Web of Science核心合集数据库中进行文献检索,限定2020至2026年发表的研究论文,通过逐步组合“biochar”“Organic”“Sample preparation”等关键词,最终筛选出34篇符合范围的研究。利用VOSviewer(1.6.21)对作者关键词进行共现分析,结果显示“biochar”为网络中心节点,“adsorption”是关键枢纽,并识别出生物炭改性、纳米材料复合及机理研究等近期热点。
3. 生物炭:生产、性质与功能化
3.1 生物质前驱体与生物炭生产路线
本综述所纳入研究中,农业废弃物是主要前驱体(55.9%),其次为椰子壳/纤维(11.8%)、药用植物残渣(8.8%)、蘑菇废弃基质(5.9%)和动物源副产物(2.9%)。热解是主导生产方法,温度通常为300–800°C,以400–600°C居多。热解温度影响碳化程度、芳香性、孔隙发育和表面官能团;温度升高可提高固定碳含量和比表面积,但可能降低产率并减少含氧官能团。活化、磁化等后处理可进一步调控材料性能。
3.2 与萃取