你知道嗎？我們?nèi)粘Ｅ欧诺奈鬯铮刂絹碓蕉唷半y對(duì)付”的“新麻煩”——抗生素、內(nèi)分泌干擾物（比如塑料里的雙酚A）、全氟化合物（PFAS，常見于防水涂層）和微塑料（直徑小于5毫米的塑料碎片）。這些“新型污染物”毒性強(qiáng)、難降解，甚至能通過食物鏈進(jìn)入人體，威脅健康。怎么高效又環(huán)保地清除它們？我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在《Frontiers of Environmental Science & Engineering》上發(fā)表的一篇綜述，重點(diǎn)介紹了一種“變廢為寶”的材料——生物炭，為解決這一難題提供了新思路。

污水里的“新麻煩”：難降解、危害大

新型污染物的“難搞”體現(xiàn)在哪兒？以抗生素為例，它們本是治病的“好藥”，但未經(jīng)處理的污水排放后，會(huì)在水體中積累，不僅可能催生“超級(jí)細(xì)菌”，還會(huì)通過水產(chǎn)品進(jìn)入人體，擾亂腸道菌群。雙酚A等內(nèi)分泌干擾物更“狡猾”，能模仿人體激素，影響生殖系統(tǒng)和代謝；PFAS被稱為“永久化學(xué)物”，其含氟化學(xué)鍵極穩(wěn)定，常規(guī)處理根本“打不垮”；微塑料則像“小海綿”，會(huì)吸附其他有毒物質(zhì)，跟著水流“周游列國(guó)”，甚至被魚蝦誤食，最終端上人類餐桌。

傳統(tǒng)污水處理技術(shù)對(duì)這些“新麻煩”效果有限——比如抗生素容易殘留，PFAS降解后還可能生成更毒的短鏈物質(zhì)，微塑料更是“打不碎、煮不爛”。這時(shí)候，生物炭登場(chǎng)了。

生物炭：吸附+催化的“全能選手”

生物炭是生物質(zhì)（比如稻殼、秸稈、污泥）在缺氧環(huán)境下高溫“烤”出來的黑色多孔材料，像一塊“自帶吸附力的海綿”。它的“本事”分兩方面：一方面靠多孔結(jié)構(gòu)和表面的“活性位點(diǎn)”直接吸附污染物，另一方面能作為催化劑，激活過硫酸鹽等氧化劑，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基，把污染物“拆成碎片”。

具體到不同污染物，生物炭的“打法”還不一樣：

  • 對(duì)付抗生素，生物炭既能靠孔隙“物理攔截”，還能通過表面的含氧基團(tuán)（比如羥基、羰基）與抗生素分子“手拉手”（氫鍵、π-π相互作用），甚至聯(lián)合過硫酸鹽產(chǎn)生自由基，把抗生素徹底分解。
  • 對(duì)于內(nèi)分泌干擾物（如雙酚A），生物炭的“氮摻雜”改性很關(guān)鍵——氮原子能像“鉤子”一樣勾住污染物，再通過自由基攻擊其苯環(huán)結(jié)構(gòu)，高效降解。
  • PFAS因?yàn)椤胺兼I”太穩(wěn)，吸附成了更穩(wěn)妥的選擇。改性后的生物炭（比如用季銨鹽或?qū)щ娋酆衔锇┠芡ㄟ^靜電吸引和疏水作用，把PFAS牢牢“粘”住，去除率能達(dá)到99.7%。
  • 微塑料雖然個(gè)頭小，但生物炭的多孔結(jié)構(gòu)和表面電荷能像“膠水”一樣把它們粘住，實(shí)驗(yàn)中甚至能吸附99%的聚乙烯、尼龍等微塑料。

從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用：還有哪些“卡脖子”問題？

目前，生物炭的效果在實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)很“能打”——比如一種含季銨鹽的生物炭能同時(shí)吸附99.7%的PFOS、98.3%的PFOA；另一種磁性生物炭處理微塑料，吸附容量能達(dá)到736 mg/g。但要真正用在污水處理廠，還有幾個(gè)“坎”要過：

首先是“二次污染”風(fēng)險(xiǎn)。吸附了污染物的生物炭如果處理不當(dāng)，可能在環(huán)境中再次釋放污染物，威脅生態(tài)。其次是“成本關(guān)”。雖然生物炭原料便宜（比如稻殼、污泥），但改性（加氮、金屬等）和回收（比如磁性分離）的成本還需要優(yōu)化。最后是“適應(yīng)性”。實(shí)驗(yàn)室里的水質(zhì)單一，但實(shí)際污水成分復(fù)雜（比如含腐殖酸、重金屬），可能會(huì)和污染物“搶位置”，影響生物炭的吸附效果。

未來：更聰明的生物炭，更綠色的治水

論文指出，未來的生物炭研究可以往這幾個(gè)方向發(fā)力：一是開發(fā)“多功能生物炭”，既能吸附又能降解，還能適應(yīng)不同pH和水質(zhì)；二是結(jié)合人工智能，用計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化生物炭的結(jié)構(gòu)和配方，提高效率；三是關(guān)注“生命周期評(píng)估”，從原料收集到生產(chǎn)、使用、回收，全程減少對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。

或許不久的將來，我們能看到這樣的場(chǎng)景：用稻殼、秸稈“變”出的生物炭，在污水處理廠里“大顯身手”，把抗生素、微塑料等“新麻煩”一一解決，讓污水變清，讓生態(tài)更安全。

來源: FESE Message