机械球磨法改性生物炭材料研究进展

到应用。然而，目前关于球磨技术在生物炭改性中

应用的研究仍处于起步阶段。只有少数研究将球磨

工业废物最近，越来越多的研究考察了生物炭 作为活性炭生产的来源或前驱体的用途。这些研究 大多数都使用化学方法23&或物理方法45&,例如用

技术应用于具有改善工程生物炭的理化性质的生产 中口 2—5在吸附剂应用方面一个重要的衡量指标就是其

水蒸汽来活化生物炭。生物炭是一种可再生资源,

微孔（孔径小于2nm），因为这一孔径尺寸可以很好

由于其相对较低的成本和广泛的可用性，生物炭被 地捕获主要的环境污染物,如细菌、污染气体等其他

污染物$其中,使用行星式球磨机进行机械研磨是

认为是环境修复的替代吸附剂。有研究表明，生物 炭具有优异的吸附各种有机和无机污染物的能力， 包括多环芳炷、农药、染料和重金属％—8&等。最近,

越来越多的人在努力研究具有改善环境应用性能的

增加材料表面积的比较常见方法$2研磨条件的优化采用机械球磨法处理应用于吸附剂方面的生物

生物炭，特别是作为用于污染物去除的吸附剂。生

物炭主要包括酸/碱改性、化学氧化、水蒸汽和CO2

活化等各种前后处理方法，都能够在不同程度上对

炭时,如果机械研磨参数被优化，则可以不需要其他

活化方法，从而通过使用研磨来降低加工成本。

生物炭的吸附能力进行改善％，0& $上述提到的这些工程方法几乎全都严重依赖于

Peterson%12等以玉米秸秆为原材料来研究各种研磨

参数对表面积的影响,包括研磨介质与生物炭的质

化学过程，这些方法普遍具有复杂的操作过程，较高 的成本以及有害废物生成的缺点。因此，对于球磨

量比以及干磨（加氯化钠（，湿磨（水，乙醇等溶剂）等 影响因素。发现研磨介质与生物炭的重量比是对表

技术处理生物炭这一物理方法的研究是非常有意义

面积最 的 参 ， 过 化行星 球 机中 的研磨条件，玉米秸秆原料的生物炭表面积可增加

的。目前，关于机械球磨法改性生物炭的研究还相 对较少，本文简要介绍了有关机械球磨法处理生物 材料的研究 状$60至194 m2/ g$ Naghdi%4等以松木生物炭作为

原材料，采用中心复合实验设计和响应面方法优化

1机械球磨法概述机械球磨法主要是利用外部机械力的作用，即 通过研磨球、研磨罐和颗粒的频繁碰撞，使硬球即

球磨参数,包括时间,转速和球与粉末的质量比等。

研究发现,在研磨时间为1. 6h,转速为575 rpm,研 磨介质与生物炭的比例为4. 5： 1的最优条件下时, 可得到最小颗粒约为60nm$由此可见，不同研磨 方 \"不同研 参 对生 材料的性 大研磨介质对原料进行强烈的撞击、碾磨和搅拌，颗 粒在球磨过程中被反复地挤压、变形、断裂、焊 合%1,这一方法已在制备纳米纯金属和合金方面得

影响,其中研磨介质与生物炭的比例影响最大。相

信找到最优研磨参数，将会对炭材料的改性有极大

第3期机械球磨法改性生物炭材料研究进展15帮助,进一步提升生物质能源的附加价值$3污染物的去除3. 1染料的去除将生物炭的粒径降低至纳米级范围可以改善其 粒子的性质，更高的表面与体积比都能增强表面能 从而提高生物炭的吸附能力。Lyu等％6&采用PQ-

N2行星式球磨机，研磨不同原料，不同热解温度的

生物炭来生产新型吸附剂。研究了这些吸附剂对亚 甲蓝水溶液的去除效果和机理$研究发现,450C热

解的球磨甘蔗渣生物质(BMBG450)具有最高的亚 甲蓝吸附，与未研磨的甘蔗渣生物炭(BG450)相比,

BMBG450具有更大的比表面积，更大的孔体积，更

小的流体动力学半径，更强的负电势(增加约1. 6

倍)，以及更多的含氧官能团(增加1. 05 mmol /

g) $说明球磨法处理生物炭材料，能够改善其性质， 从而提高其在环境应用中的吸附能力。Wang等 认为海藻酸钙(CA)可以帮助稳定球磨生物炭，从而

将海藻酸钙与球磨后的生物炭复合创造一种新的复 合物(CA-BMB)$研究证明，纳米尺寸的球磨生物 炭可以有效地稳定在藻酸钙珠中，从而得到用于可

以除去水溶液中亚甲基蓝的新型吸附剂。新的复合 材料含有25%球磨生物炭和75%藻酸盐。通过

Langmuir等温线很好地拟合平衡吸附数据,表现出

高达1210. 7 mg/g的亚甲蓝吸附容量。Ritchie的

动力学模型很好地解释了吸附动力学，表明复合材

料是非均匀固体表面。出色的吸附性能表明，

CA-BMB的合成方法简单，吸附能力强，可作为低成

本、环保型吸附剂，用于从水溶液中去除亚甲基蓝, 在水处理方面具有很高的应用潜力。3.2

的Lyu等%8&为了结合球磨和生物炭技术的优势,

自制不同原材料的生物炭，合成了各种球磨生物炭, 在发现其对染料的去除有一定的效果后,进一步研

究球磨生物炭对金属离子的去除。研究了从水溶液 中去除G(Ni((I))的效果$实验证明，600C碳化得

到的甘蔗渣生物炭在球磨后对Ni((I)的吸附能力最 大,这是因为球磨增大了生物炭的内外表面积，以及

增加了其表面的含氧官能团。外表面积的增加能增 大对G离子的吸附能力。同时，酸性表面官能团的

增加有利于提高静电作用和表面络合，从而提升G

的吸附。因此，球磨具有提高环境友好型生物炭的 效率以用于各种环境应用的巨大潜力。这项工作的

结果表明球磨技术可以作为一种有效的改性方法来 制备具有增强物理化学性质的新型工程生物炭$3.3药物的去除球磨法是制备超微粉体的主要固相方法之一,

利用高能球磨法可制得微米级至亚微米级的不规则 多边形生物炭粉。将生物技术和纳米技术等新兴技

术相结合，可能会创造出具有增强环境应用能力的

新型材料$Shan等％9&采用球磨法制备两种超细磁性生物

炭/ FesO。和活性炭(AC)/ Fe3O4杂化材料，其目

标是吸附药物化合物后采用机械化学法降解从而达

到药物去除的目的。研究发现,在研磨2小时后制 备的两种混合吸附剂都表现出高的卡马西平(CBZ)

去除率，并且易于磁性分离$药物吸附后的吸附剂 研磨3小时后，吸附的四环素本身降解超过97%, 卡马西平剩余约一半。此外，研磨降解药物分子的 过程中加入石英砂有利于提高卡马西平的去除率。

这项研究提供了一种简单的方法来制备超细磁性吸

附剂，以有效地去除废水中的典型的药物，同时还可 通过球磨法来降解它们。本研究表明，球磨不仅是 制备有效磁性吸附剂用于水中药物去除的简单而经 济的方法,还是降低废吸附剂中吸附污染物,降低环 境风险的有效技术。证明球磨法处理生物炭这一绿

色生产方法有望应用于去除水中的污染物$4结语球磨法作为改善生物炭材料的一种简单方法,

具有绿色环保，成本低等优点。将生物炭技术与生 物技术和纳米技术等新兴技术相结合，可能会创造

出具有增强环境应用能力的新型材料。既能提高对 生物质能源的利用,增加其经济价值，又能避免化学

改性带来的污染危害，然而，目前关于球磨技术在生 物炭改性中应用的研究仍处于起步阶段。相信随着

磨制备工艺的日益完善,球磨技术改善生物炭吸附 性能研究的 \"大规模生 用于 应用的 生物炭是可行的。16参考文献四川化工第22卷2019年第3期[11]刘银,王静,张明旭,等.机械球磨法制备纳米材料的研究进展 %]材料导报,2003 , 17(7):20—22.%& Ahmad M, Rajapaksha A U, Lim J E, et al. Biochar as a sor­

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Abstract:Thispaperbrieflyintroducestheresearchstatusofmechanicalbalmilingforthetreatmentof

biocharmaterials includingtheoptimizationofgrindingtechnologyandtheresearchandprogressofpolu- tantremovalItprovidesafoundationforimprovingtheadsorptionofbiochar materials by bal miling technologyKey words：ball milling； biochar； pollutant removal