引用本文:陈晓青, 李亚, 巩冠群. 生物炭固定重金属的挑战及潜在负面效应研究[J]. 化学试剂，2023，45(1)：114-121.DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2022.0425
由于农药喷洒、工业废水排放和矿产资源开采等人为活动的影响，土壤重金属超标问题日益凸显。土壤中的重金属主要包括Cd、Cr、Cu、Pb和Hg，对农牧业生产和人类安全带来了极大的危害。近年来，固化/稳定化修复技术（Solidification/stabilization，S/S）在重金属污染土壤修复领域显示出了巨大的应用前景。生物炭具有微孔结构发达、比表面积高、表面含氧官能团丰富和成本低等优势，已成为近十年来的热门钝化材料。
详细梳理了当前生物炭在固定土壤重金属领域所面临的问题和挑战；
深入探索造成生物炭应用局限性的作用机制，从而为未来的生物炭研究方向提供建议，以期促进生物炭的高效生产和安全应用。
生物炭的性能和产率受到多方面因素影响，因而难以实现规模化生产和应用。生物炭自身理化特性如元素组成、官能团丰度、pH、阳离子交换容量（Cation exchange capacity，CEC）和BET比表面积是影响其性能的决定性因素。2.1 有机毒物和重金属
生物炭能够有效固定土壤中的重金属，但其潜在的环境风险问题不可忽视。首先，生物质通过热解工艺制备生物炭的过程中往往会伴随着PAHs和PCDDs/PCDFs等有机毒物的生成和释放（图4）[38]。其次，生物质原料自身可能富含重金属，施用由这些原料所制备的生物炭时，存在着向土壤环境引入重金属的巨大风险（图4）。
a.新鲜生物炭[44]; b.老化生物炭[45]
图4 生物炭与环境之间的负效应
Fig.4 Negative effects between biochar and the environment
2.2 农作物产量
目前，我国面对的重金属污染土壤修复的主要对象为农业污染土壤和工矿业废弃地，工矿业废弃地的修复是为了将污染物的环境风险控制在可接受水平，而农业污染土壤的修复不仅要恢复其基础生态功能，还需要考虑农业生产和农产品安全等问题。2.3 生物炭对农药的吸附性
生物炭具有的多孔结构和多种表面官能团使其对有机物也具有较强的吸附能力。与土壤有机质的吸附能力相比，生物炭对农用化学品的吸附能力是其几百倍甚至是几千倍[49]。2.4 微生物群落
生物炭的应用可能会降低微生物群落丰度，对土壤微生物产生负面影响。曹昊宇等[52]研究发现，生物炭配施缓释氮肥虽能使酸性和碱性汞污染土壤中的汞含量显著下降，但会导致酸性土壤中的微生物多样性下降，碱性汞污染土壤经过生物炭处理后，其微生物丰度和多样性都呈下降趋势。废弃生物质转化为生物炭用于重金属固定是一个实现废弃物资源化利用和环境治理的双赢措施。与此同时，生物炭的生产和应用面临着严峻的挑战，实现其高效生产和安全应用困难重重。生物炭在固定土壤重金属上存在诸多局限性，针对上述问题，从以下方面进一步加强对生物炭的研究工作，确保未来生物炭材料能更高效、更安全的应用于重金属污染土壤的修复。3.1 制定标准的生物炭制备工艺流程，针对生物炭的固定化效果建立相关评价体系。
3.2 改进生物炭生产工艺，将生物炭造成的环境威胁降到最低。
3.3 在对特定污染土壤进行修复前，应对污染土壤的重金属种类和理化特性进行勘察，根据调查结果制备专属生物炭，并开展田间实验（包括老化实验）。
3.4 加强长期环境效应研究，以期降低生物炭对环境安全和农业生产的负面影响。
