在全球氣候變暖的背景下，節能減排成為各行各業的內在需求。近年來，以溫和的反應條件和無毒綠色材料為基礎的“綠色合成”技術越來越受到人們的重視。與傳統物理化學合成相比，“綠色合成”技術具有能耗低、合成過程危險小、合成材料穩定性強等優勢。尤其是以植物廢棄物為主要原料的“綠色合成”技術，原料純天然、無毒、成本低，非常契合當前可持續發展的主題。而將這些合成出的綠色材料應用到廢水處理中，也符合“以廢治廢”的理念，促進循環經濟。

染料廢水主要來源于染料及染料中間體生產行業 , 具有成分復雜、色度高、排放量大、毒性大、可生化性差的特點 , 一直是廢水處理中的難題。作為一種廢水吸附劑，生物炭被視為活性炭的替代品，具有成本低、性價比高、生產過程能耗低等優點。生物炭可用于去除各種污染物，包括無機陰離子（NO3?，PO43-），金屬陽離子（Pb（II），As（III）和Cd（II）），有機染料（結晶紫，陽離子紅X-GRL）等。然而，生物炭吸附污染物的能力取決于其物理、化學性質，不同的原料和裂解條件下制備的生物炭性質有很大的差別。

研究表明，利用物理、化學方法將生物炭與其他材料組合制備成具有新性能、新結構的材料，其綜合性能優于原組成材料，可滿足各種不同的要求。然而，生物炭復合材料的大規模生產和現實應用仍面臨較大的挑戰，這主要與復雜的合成方法和危險試劑的使用有關。前期研究中，提出了一種尺寸可控的雙金屬鐵銅氧化物吸附劑的綠色合成方法，且該吸附劑對孔雀石綠染料表現出較好的去除性能，研究表明植物提取物中的生物活性分子在合成過程中可起還原劑的作用。因此基于植物提取物的“綠色合成”材料具有較大應用潛力，可能比單一植物生物炭在染料廢水中的處理效果更好。

圖1 生物炭/氧化鐵復合材料的合成過程及吸附機理

圖2. XRD和FT-IR

圖3 生物炭和生物炭/鐵氧化物復合材料在不同時間內對亞甲基藍的吸附性能（20 mL MB （50mg/L）， pH （-6.1）， T = 293 K, 0.01 g 吸附劑）

本研究在室溫超聲條件下，向香蕉皮提取物中添加香蕉皮生物炭和FeSO4合成生物炭/氧化鐵復合材料。同時對合成的材料進行表征，并對復合材料吸附亞甲基藍行為進行了研究，還對材料的重復利用性能進行了評估。圖1描述了生物炭/氧化鐵復合材料的合成過程及可能吸附機理。實驗結果表明，生物炭/氧化鐵復合材料對亞甲基藍的吸附能力要強于單一生物炭材料（圖3）。Langmuir吸附等溫線和準二級動力學模型準確地描述生物炭/氧化鐵復合材料對MB染料的吸附過程（圖4）。綠色合成的生物炭/氧化鐵復合材料對亞甲基藍的吸附能力顯著提高（C0= 500 mg/L, pH = 6.1, T =313 K , Langmuir 模型計算的最大吸附容量為862 mg/g），且溶液pH 值在2.05-9.21范圍時該綠色合成材料都表現出較好的吸附性能。生物炭/氧化鐵復合材料在連續的吸附脫附循環5次仍表現出良好的吸附性能（圖4）。由此可知，該綠色合成方法是提高生物炭性能的有效途徑，在環境修復方面具有潛在的實際應用價值。

圖4 Langmuir吸附等溫線和準二級動力學模型對生物炭/氧化鐵復合材料對亞甲基藍染料的吸附過程的描述

以上研究成果來自清華大學環境學院侯德義副教授課題組，近期以題為“A green biochar/iron oxide composite for methylene blue removal”發表在環境領域權威期刊Journal of Hazardous Materials （IF=7.65）。張平博士為論文的第一作者，侯德義副教授為論文的通訊作者，研究參與單位還包括韓國高麗大學，香港理工大學，北京市環境保護科學研究院等。

圖5 生物炭/氧化鐵復合材料對MB染料的吸附脫附循環