10月12日，城市環(huán)境研究所發(fā)表了在生物炭的應用研究取得新進展——生物炭凝膠化成型技術。論文“A facile foaming-polymerization strategy to prepare 3D MnO₂ modified biochar-based porous hydrogels for efficient removal of Cd(II) and Pb(II)”成功發(fā)表在《Elsevier-Chemosphere》（愛思唯爾-環(huán)境化學）的 2020年1月期刊中，并收錄于ScienceDirect學術數(shù)據(jù)庫。

生物炭是指由生物質在完全或部分缺氧狀態(tài)下低溫(< 700℃)熱解生成的一類富含碳、高度芳香化的固態(tài)物質。生物炭因其制備原料來源廣泛、比表面積大、孔隙發(fā)達等特點在水污染控制和土壤污染修復等領域具有良好的應用前景。目前生物炭在實際應用中主要存在以下問題：1. 生物炭粉末無法從水或土壤中快速有效分離，使用后的生物炭粉末易造成二次污染；2.高溫熱解制備過程會導致生物炭表面含氧官能團的分解，因而其對重金屬的吸附去除性能有限。如何實現(xiàn)生物炭與水體的快速分離以及提高生物炭的吸附性能是生物炭材料大規(guī)模應用的重大挑戰(zhàn)。

基于此，中國科學院城市環(huán)境研究所納米環(huán)境功能材料研究組（付明來研究組）以MnO₂改性稻殼炭為基礎，聚丙烯酰胺凝膠的三維網絡結構為負載媒介，實現(xiàn)了生物炭的凝膠化成型，同時利用表面活性劑發(fā)泡在凝膠內部制造豐富孔隙，最終成功構建了改性生物質炭負載的三維多孔宏觀材料(MBCG)。該合成方法簡單快捷，價格低廉，且易于放大生產。實驗結果表明，制得的材料具有豐富的吸附位點和內部孔隙結構，呈現(xiàn)出良好的重金屬吸附性能，其對Cd(II)和Pb(II)的Langmuir最大理論吸附量可達到84.8和70.9 mg·g^-1，吸附性能甚至高于改性后的生物炭粉末。生物炭的引入使凝膠結構的熱穩(wěn)定性能和力學性能均得到顯著提升。此外，宏觀材料MBCG有效解決了生物炭粉末難以回收循環(huán)的問題，并具有良好的結構穩(wěn)定性。在五次吸附解析循環(huán)實驗后，其對Cd(II)和Pb(II)的吸附量仍能保持在92.1%和80.5%。該材料的成功開發(fā)將推動生物炭材料在重金屬污染水體和土壤中的實際應用。