编辑推荐：
目前工业废水排放致土壤重金属污染严重，为探究不同制备方法对富磷生物炭（P-BC）性能影响，研究人员对比水热法（WPBC）和热解法制得的 P-BC。结果显示，WPBC 释磷快、量多，对铅镉钝化效果好；HPBC 释磷慢，靠吸附实现长期稳定。该研究为土壤重金属污染修复提供理论依据。
在当今时代，工业的飞速发展带来了诸多环境问题，其中土壤重金属污染尤为严峻。大量含重金属（HMs）的工业废水肆意排放，如同一场可怕的 “生态灾难”，无情地侵蚀着自然生态系统。铅（Pb）、镉（Cd）等重金属，因其具有难以降解、毒性极高且易在生物体内累积的特性，成为了环境中的 “超级威胁” 。铅一旦进入人体，就像一个狡猾的 “破坏者”，悄悄渗透到多个系统，尤其对儿童的神经系统造成严重伤害，影响认知发育，还可能引发心血管和肾脏方面的问题；镉则是个 “致命杀手”，具有强致癌性，会对人体的肾脏、骨骼和呼吸系统发起猛烈攻击。在自然生态系统里，铅和镉也不安分，它们肆意干扰众多生物的生命周期，比如让水生生物的繁殖能力下降、死亡率上升，进而严重破坏整个水生食物链。更糟糕的是，这些重金属还能通过食物链的 “传递通道” 进入人体，在组织中不断积累，给人类健康带来巨大风险。
面对如此严峻的形势，科学家们积极寻找解决办法，各种重金属污染修复技术应运而生，像物理化学法、生物修复法、电化学法等都在环境修复领域 “大显身手”。其中，生物炭凭借其独特优势，如较大的比表面积、多孔结构、丰富的表面功能基团和矿物成分、来源广泛、制备简单且成本较低等，成为了修复重金属污染的 “潜力之星”。它能通过吸附、络合、沉淀或氧化还原反应等方式，降低重金属的生物有效性，减轻对环境和生物的危害。然而，传统方法制备的生物炭在重金属钝化能力上存在局限，难以满足人们对高效修复的期望。于是，科学家们想到了对生物炭进行改性，富磷生物炭（P-BC）就是其中的佼佼者。它不仅能调节磷酸盐释放速率，减少环境风险，还能为作物提供长效磷营养，促进微生物生长，实现重金属固定和土壤养分调节的双重功效。
尽管富磷生物炭展现出巨大潜力，但现有研究大多聚焦于单一制备过程下的性能探索，对于不同制备方法对其磷释放特性和重金属钝化效果的影响机制，仍缺乏系统研究。为了填补这一知识空白，来自国内的研究人员（受相关科研项目资助，包括关键技术研发计划 [2024YFC2909605] 和沈阳科技计划黑土项目 [24 - 216 - 2 - 07] ）挺身而出，以稻壳为原料，用磷酸钾浸渍改性，结合热解和水热技术，制备出两种不同的富磷生物炭（WPBC 和 HPBC） ，深入探究不同制备方法对富磷生物炭性能的影响。该研究成果发表在《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》上，为土壤重金属污染修复领域带来了新的曙光。
研究人员在这项研究中，采用了多种关键技术方法。首先，对收集来的稻壳进行清洗、干燥、粉碎和筛分处理，为后续实验做好准备。然后，分别运用热解和水热两种方法制备富磷生物炭。在研究过程中，对制备的生物炭进行了详细的理化特性分析，包括测定其产量、磷含量等指标。同时，采用相关技术手段分析生物炭中磷的形态分布和释放性能，以及评估其对土壤中铅和镉的稳定化能力 。
富磷生物炭的制备与理化特性
研究人员精心收集来自中国辽宁沈阳的稻壳，经过多道精细处理工序后，分别采用热解和水热法制备富磷生物炭。实验结果显示，水热法制备的 WBC 和 WPBC 产率分别为 60.93% 和 63.20%，高于热解法制得的 HBC（55.40%）和 HPBC（61.4%） 。这可能是因为水热法在生产过程中的降解性比慢速热解更低。而且，相较于未改性的 WBC 和 HBC，改性后的 WPBC 和 HPBC 产率有所增加。
富磷生物炭中磷的形态分布与释放性能
研究发现，WPBC 的磷负载量高达 109.84mg/g，释放量为 58.41mg/g，在 60 分钟内就能释放 83% 的磷。这是因为 WPBC 含有活性磷（如焦磷酸盐、偏磷酸盐） ，且孔隙结构较大，大大提高了磷的有效性。相比之下，HPBC 的磷释放量为 35.72mg/g，释放较为缓慢，24 小时后释放量不到 2% ，能实现更可控的磷释放。
富磷生物炭对土壤中铅和镉的稳定化能力
在稳定化实验中，WPBC 表现出色，通过形成稳定的金属磷酸盐，对铅和镉的钝化率分别达到 93.7% 和 87.3% ，显著降低了它们在土壤中的有效性。WPBC 中不稳定磷含量高（H2O-P：71.9%），有助于稳定弱结合态重金属，增加铅和镉的残留量。HPBC 则主要依靠吸附作用，实现对铅和镉的长期稳定化。
综合以上研究结果，研究人员得出重要结论：水热法合成的 WPBC 具有更高的磷负载和释放能力，能显著提高土壤有效磷含量，对重金属的钝化效率也十分优异（铅 / 镉钝化率 > 93%） ，适合用于快速的、由磷驱动的稳定化修复；而热解法制得的 HPBC 虽然磷释放量较低，但释放更可控，更适合基于连续吸附的长期固定化修复。
这项研究意义重大，它系统地揭示了热解和水热法制备的富磷生物炭的特性差异，为在实际应用中根据不同修复需求选择合适的富磷生物炭提供了坚实的理论依据。在未来的土壤重金属污染修复工作中，研究成果有望指导更精准、高效的修复策略制定，助力改善土壤环境质量，保障生态系统的健康与安全，推动可持续农业发展，让受污染的土壤重新焕发生机。
