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生物碳与碳基材料的特性及其在环境污染治理中的应用

生物碳与碳基材料的特性及其在环境污染治理中的应用

随着全球环境污染问题日益严峻,开发高效、低成本且环境友好的修复材料成为环境科学领域的研究热点。生物碳(Biochar)和碳基材料(Carbon-based Materials)因其独特的物理化学性质,在污染物吸附、土壤改良及水处理等方面展现出巨大的应用潜力。本期JRM特刊以“生物碳和碳基材料特性及其环境应用”为主题,聚焦物理化学机制与污染物去除效能,旨在推动该领域的学术交流与技术创新。

生物碳是生物质在限氧条件下热解产生的富碳固体材料,具有发达的孔隙结构、丰富的表面官能团(如羧基、羟基)和较高的比表面积。这些特性使其对重金属、有机污染物等具有优异的吸附能力。生物碳富含稳定的碳组分,施用于土壤可改善理化性质、提升保水保肥能力,并实现碳封存,助力农业可持续发展。通过物理或化学活化改性的生物基碳材料,还能进一步调控孔径分布和表面化学性质,增强选择吸附性。

碳基材料涵盖活性炭、石墨烯、碳纳米管、碳量子点等,其sp2/sp3杂化碳骨架赋予材料优异的导电性、化学稳定性和可调控的表面化学。在环境应用中,碳基材料常作为吸附剂、催化剂或催化剂载体,通过表面络合、静电作用、π-π堆积等物理化学过程去除水中污染物。例如,石墨烯基材料对多种有机染料和抗生素具有高吸附容量;碳纳米管可催化高级氧化过程降解难降解有机物。碳基材料的规模化应用仍面临成本、再生及潜在生态风险等挑战。

生物碳与碳基材料的复合成为研究前沿。将生物碳作为载体负载金属氧化物、纳米零价铁或碳纳米管等,可协同提升污染物的去除效率。物理化学表征技术(如BET、XPS、FTIR、拉曼光谱)结合理论计算与模型拟合,有助于揭示吸附/催化机制。机器学习与分子模拟的引入为材料设计与性能预测提供了新思路。

本JRM特刊征稿范围包括但不限于:生物碳的制备与改性、碳基材料合成与表征、污染物(重金属、有机污染物、抗生素等)吸附与催化去除、物理化学机制解析、环境风险评估及可持续应用。我们欢迎物理化学、环境工程、材料科学领域的原创研究论文、综述与短评,共同推动生物碳与碳基材料在环境污染治理中的理论突破与技术转化。

稿件须为未公开发表的原创成果,符合JRM期刊格式要求。所有投稿将经过同行评审。期待您的踊跃投稿,共同探讨生物碳与碳基材料在环境应用中的新进展。

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更新时间:2026-11-15 21:53:42

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