Hydrothermal carbonization technology and its application research progress in wastewater treatment

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2020-1238

Abstract

Abstract:

The removal of major water pollutants represented by heavy metals，organics，and anions has become the focus of water pollution control research. The adsorption method is widely used in wastewater treatment due to its advantages of simple operation and high cost-effectiveness. Among them，the adsorbent is the key to the promotion and application of the adsorption method. Biomass waste is a kind of renewable resource. Using traditional incineration methods to treat it will not only pollute the environment，but also waste energy. Hydrothermal carbonization is an emerging thermochemical conversion method，which can directly prepare waste biomass materials with high moisture content and low energy density into carbon materials. It has the advantages of mild reaction，low cost，and simple process operation. According to the process characteristics of hydrothermal carbonization technology，the influence of three main process parameters of solid?liquid ratio，hydrothermal temperature，and hydrothermal time on the preparation of hydrothermal carbon were explained systematically. Combined with the latest research reports，the adsorption performance and mechanism of hydrothermal carbon materials on the heavy metals，organic pollutants and anionic pollutants in water were summarized，and the regeneration and resource utilization of hydrothermal carbon were summarized. Finally，on this basis，the future research direction of hydrothermal carbon to remove pollutants in water was prospected.

Key words: adsorption, wastewater treatment, biomass, hydrothermal carbonization

摘要：

以重金属、有机物、阴离子等为代表的水体主要污染物的脱除已成为水污染治理研究的重点。吸附法由于具有操作简单、成本效益高等优势，在废水处理领域应用广泛。其中，吸附剂是吸附法得以推广应用的关键。生物质废弃物是一种可再生资源，采用传统的焚烧方式对其进行处理，不仅会污染环境，还会浪费能源。水热炭化是一种新兴的热化学转化方法，其可直接将高含水率、低能量密度的废弃生物质原料制备成炭材料，具有反应温和、成本低廉、工艺操作过程简单等优点。根据水热炭化技术的工艺特点，系统阐释了固液比、水热温度、水热时间3个主要工艺参数对制备水热炭的影响；结合最新研究报道，在吸附性能和机理方面归纳汇总了水热炭材料对水体重金属、有机污染物和阴离子污染物的吸附研究进展，并就水热炭再生与资源化利用进行了概述；最后在此基础上对水热炭去除水中污染物的未来研究方向进行了展望。

关键词: 吸附, 废水处理, 生物质, 水热炭化

CLC Number:

X703

Sen WANG,Jiaojiao YUAN,Pei YI,Hailong LI,Minghua MA. Hydrothermal carbonization technology and its application research progress in wastewater treatment[J]. Industrial Water Treatment, 2022, 42(3): 1-8.

王森,袁娇娇,易佩,李海龙,马明华. 水热炭化技术及其在废水处理中的应用研究进展[J]. 工业水处理, 2022, 42(3): 1-8.

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Figures/Tables 2

References 51

1	刘娟. 生物质废弃物的水热碳化试验研究［D］. 杭州：浙江大学，2016. doi:10.1016/j.carbon.2015.12.017 doi: 10.1016/j.carbon.2015.12.017
	LIU Juan. Hydrothermal carbonization of biomass wastes［D］. Hangzhou：Zhejiang University，2016. doi:10.1016/j.carbon.2015.12.017 doi: 10.1016/j.carbon.2015.12.017
2	周亦圆，孟方，刘振鸿，等. 废弃桉树皮水热碳化制备生物质基水热焦［J］. 材料导报，2015，29（S1）：344-347.
	ZHOU Yiyuan， MENG Fang， LIU Zhenhong，et al. Preparation of hydrochars based on waste eucalyptus bark by hydrothermal carbonization［J］. Materials Reports，2015，29（S1）：344-347.
3	马立群，李爽，王雅珍，等. 污水中重金属离子吸附材料研究进展［J］. 化工新型材料，2020，48（10）：290-293.
	MA Liqun， LI Shuang， WANG Yazhen，et al. Research progress on adsorption material of heavy metal ions in sewage［J］. New Chemical Materials，2020，48（10）：290-293.
4	孙怡，于利亮，黄浩斌，等. 高级氧化技术处理难降解有机废水的研发趋势及实用化进展［J］. 化工学报，2017，68（5）：1743-1756.
	SUN Yi， YU Liliang， HUANG Haobin，et al. Research trend and practical development of advanced oxidation process on degradation of recalcitrant organic wastewater［J］. CIESC Journal，2017，68（5）：1743-1756.
5	张又弛，李会丹. 生物炭对土壤中铁生物还原作用和重金属分布的影响［J］. 环境污染与防治，2019，41（4）：377-381.
	ZHANG Youchi， LI Huidan. Effects of biochar on biological iron reduction and metal distribution in soils［J］. Environmental Pollution & Control，2019，41（4）：377-381.
6	王向前，胡学玉，陈窈君，等. 生物炭及改性生物炭对水环境中重金属的吸附固定作用［J］. 环境工程，2016，34（12）：32-37.
	WANG Xiangqian， HU Xueyu， CHEN Yaojun，et al. Effect of biochar and modified biochar on the adsorption and immobilzation of heavy metals in water environment［J］. Environmental Engineering，2016，34（12）：32-37.
7	YOO J C， BEIYUAN J， WANG Lei，et al. A combination of ferric nitrate/EDDS-enhanced washing and sludge-derived biochar stabilization of metal-contaminated soils［J］. Science of the Total Environment，2018，616：572-582. doi:10.1016/j.scitotenv.2017.10.310 doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.10.310
8	陈洪一，杜奇，黎莉，等. 厨余垃圾水热炭化处理技术研究进展［J］. 环境卫生工程，2021，29（4）：64-72.
	CHEN Hongyi， DU Qi， LI Li，et al. Research progress on hydrothermal carbonization treatment technology of kitchen waste［J］. Environmental Sanitation Engineering，2021，29（4）：64-72.
9	何选明，王春霞，付鹏睿，等. 水热技术在生物质转换中的研究进展［J］. 现代化工，2014，34（1）：26-29.
	HE Xuanming， WANG Chuanxia， FU Pengrui，et al. Research development of hydrothermal technology for biomass transform utilization［J］. Modern Chemical Industry，2014，34（1）：26-29.
10	FUNKE A， ZIEGLER F. Hydrothermal carbonization of biomass：A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering［J］. Biofuels，Bioproducts and Biorefining，2010，4（2）：160-177. doi:10.1002/bbb.198 doi: 10.1002/bbb.198
11	宫磊，贾通通，王在钊，等. 瓜子皮、茶叶、树叶和核桃壳的水热炭化产物及机理［J］.青岛科技大学学报：自然科学版，2018，39（1）：22-28.
	GONG Lei， JIA Tongtong， WANG Zaizhao，et al. Biomass product after hydrothermal carbonization and its mechanism of melon skin，tea，leaves and walnut shells［J］. Journal of Qingdao University of Science and Technology：Natural Science Edition，2018，39（1）：22-28.
12	李海云，王永垒，许涛，等. 水热碳化法合成蔗糖基碳材料的工艺研究［J］. 齐齐哈尔大学学报：自然科学版，2018，34（5）：47-49.
	LI Haiyun， WANG Yonglei， XU Tao，et al. Study on the process of synthesis of sucrose-based carbon materials by hydrothermal carbonization［J］. Journal of Qiqihar University：Natural Science Edition，2018，34（5）：47-49.
13	向天勇，单胜道，张正红，等. 水热、热裂解制备稻秸炭的表征与吸附特性［J］. 环境污染与防治，2019，41（1）：72-76.
	XIANG Tianyong， SHAN Shengdao， ZHANG Zhenghong，et al. Characterization and adsorption properties of rice straw carbon prepared by hydrothermal and pyrolytic treatment［J］. Environmental Pollution & Control，2019，41（1）：72-76.
14	陈丽媛，李大鹏，朱文娟，等. 污泥水热炭对亚甲基蓝的吸附特性［J］. 环境科学，2020，41（4）：1761-1769. doi:10.13227/j.hjkx.201908198 doi: 10.13227/j.hjkx.201908198
	CHEN Liyuan， LI Dapeng， ZHU Wenjuan，et al. Adsorption properties of sludge-hydrochar for methylene blue［J］. Environmental Science，2020，41（4）：1761-1769. doi:10.13227/j.hjkx.201908198 doi: 10.13227/j.hjkx.201908198
15	王航，杨子健，刘阳生. 改性城市污泥水热炭对铜和镉的吸附实验［J］. 环境工程，2019，37（5）：4-11.
	WANG Hang， YANG Zijian， LIU Yangsheng. Study on absorption of modified hydrothermal carbon generated from municipal sludge for copper and cadmium［J］. Environmental Engineering，2019，37（5）：4-11.
16	李音，单胜道，杨瑞芹，等. 低温水热法制备竹生物炭及其对有机物的吸附性能［J］.农业工程学报，2016，32（24）：240-247. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2016.24.032 doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.24.032
	LI Yin， SHAN Shengdao， YANG Ruiqin，et al. Preparation of bamboo biochars by low-temperature hydrothermal method and its adsorption of organics［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2016，32（24）： 240-247. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2016.24.032 doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.24.032
17	DING Dahu， MA Xin， SHI Wansheng，et al. Insights into mechanisms of hexavalent chromium removal from aqueous solution by using rice husk pretreated using hydrothermal carbonization technology［J］. RSC Advances，2016，6（78）：74675-74682. doi:10.1039/c6ra17707g doi: 10.1039/c6ra17707g
18	刘雨嫣，周景尧，马少强，等. 水热炭吸附Cr（Ⅵ）热-动力学行为及水热裂解时间的影响［J］. 现代地质，2017，31（5）：1039-1045. doi:10.3969/j.issn.1000-8527.2017.05.013 doi: 10.3969/j.issn.1000-8527.2017.05.013
	LIU Yuyan， ZHOU Jingyao， MA Shaoqiang，et al. Thermodynamic and kinetic adsorption of Cr（Ⅵ） on hydrochars and the effect of hydrothermal time［J］. Geoscience，2017，31（5）：1039-1045. doi:10.3969/j.issn.1000-8527.2017.05.013 doi: 10.3969/j.issn.1000-8527.2017.05.013
19	王晓峰，周艳军，潘丹，等. 花生壳水热炭制备及对Cr（Ⅵ）吸附性能的研究［J］.辽宁化工，2019，48（6）：504-506.
	WANG Xiaofeng， ZHOU Yanjun， PAN Dan，et al. Preparation of peanut shell hydrothermal charcoal and study on its adsorption performance for Cr（Ⅵ）［J］. Liaoning Chemical Industry，2019，48（6）：504-506.
20	NAKASON K， PANYAPINYOPOL B， KANOKKANTAPONG V，et al. Characteristics of hydrochar and liquid fraction from hydrothermal carbonization of cassava rhizome［J］. Journal of the Energy Institute，2018，91（2）：184-193. doi:10.1016/j.joei.2017.01.002 doi: 10.1016/j.joei.2017.01.002
21	ZHANG Xiaojuan， ZHANG Lei， LI Aimin. Eucalyptus sawdust derived biochar generated by combining the hydrothermal carbonization and low concentration KOH modification for hexavalent chromium removal［J］. Journal of Environmental Management，2018，206：989-998. doi:10.1016/j.jenvman.2017.11.079 doi: 10.1016/j.jenvman.2017.11.079
22	李飞跃，吴旋，李俊锁，等. 温度对畜禽粪便水热炭产率及特性的影响［J］. 环境工程学报，2019，13（9）：2270-2277. doi:10.12030/j.cjee.201812168 doi: 10.12030/j.cjee.201812168
	LI Feiyue， WU Xuan， LI Junsuo，et al. Effects of temperature on hydrothermal carbonization yield and characteristics of livestock manure［J］. Chinese Journal of Environmental Engineering，2019，13（9）：2270-2277. doi:10.12030/j.cjee.201812168 doi: 10.12030/j.cjee.201812168
23	张英锋，赵琳，赵婷婷，等. 水热炭的制备及其吸附应用的研究进展［J］. 化学教育，2019，40（15）：11-15.
	ZHANG Yingfeng， ZHAO Lin， ZHAO Tingting，et al. Progress in preparation and adsorption of hydrothermal carbon［J］. Chinese Journal of Chemical Education，2019，40（15）：11-15.
24	SEVILLA M， FUERTES A B. Chemical and structural properties of carbonaceous products obtained by hydrothermal carbonization of saccharides［J］. Chemistry-A European Journal，2009，15（16）：4195-4203. doi:10.1002/chem.200802097 doi: 10.1002/chem.200802097
25	张进红，林启美，赵小蓉，等. 水热炭化温度和时间对鸡粪生物质炭性质的影响［J］.农业工程学报，2015，31（24）：239-244. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2015.24.036 doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.24.036
	ZHANG Jinhong， LIN Qimei， ZHAO Xiaorong，et al. Effect of hydrothermal carbonization temperature and time on characteristics of bio-chars from chicken manure［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2015，31（24）：239-244. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2015.24.036 doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.24.036
26	张曾，单胜道，吴胜春，等. 炭化条件对猪粪水热炭主要营养成分的影响［J］. 浙江农林大学学报，2018，35（3）：398-404. doi:10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.002 doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.002
	ZHANG Zeng， SHAN Shengdao， WU Shengchun，et al. Effects of carbonization conditions on main nutrients of pig manure hydrothermal carbon［J］. Journal of Zhejiang A & F University，2018，35（3）：398-404. doi:10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.002 doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.002
27	SERMYAGINA E， SAARI J， KAIKKO J，et al. Hydrothermal carbonization of coniferous biomass：Effect of process parameters on mass and energy yields［J］. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2015，113：551-556. doi:10.1016/j.jaap.2015.03.012 doi: 10.1016/j.jaap.2015.03.012
28	HEIDARI M， DUTTA A， ACHARYA B，et al. A review of the current knowledge and challenges of hydrothermal carbonization for biomass conversion［J］. Journal of the Energy Institute，2019，92（6）：1779-1799. doi:10.1016/j.joei.2018.12.003 doi: 10.1016/j.joei.2018.12.003
29	UCHIMIYA M， LIMA I M， THOMAS KLASSON K，et al. Immobilization of heavy metal ions （CuⅡ，CdⅡ，NiⅡ，and PbⅡ） by broiler litter-derived biochars in water and soil［J］. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2010，58（9）：5538-5544. doi:10.1021/jf9044217 doi: 10.1021/jf9044217
30	孙克静，张海荣，唐景春. 不同生物质原料水热生物炭特性的研究［J］. 农业环境科学学报，2014，33（11）：2260-2265. doi:10.11654/jaes.2014.11.027 doi: 10.11654/jaes.2014.11.027
	SUN Kejing， ZHANG Hairong， TANG Jingchun. Properties of hydrochars from different sources of biomass feedstock［J］. Journal of Agro-Environment Science，2014，33（11）：2260-2265. doi:10.11654/jaes.2014.11.027 doi: 10.11654/jaes.2014.11.027
31	CHHEDA J N， HUBER G W， DUMESIC J A. Liquid‐phase catalytic processing of biomass‐derived oxygenated hydrocarbons to fuels and chemicals［J］. Angewandte Chemie International Edition，2007，46（38）：7164-7183. doi:10.1002/anie.200604274 doi: 10.1002/anie.200604274
32	SEVILLA M， FUERTES A B. The production of carbon materials by hydrothermal carbonization of cellulose［J］. Carbon，2009，47（9）：2281-2289. doi:10.1016/j.carbon.2009.04.026 doi: 10.1016/j.carbon.2009.04.026
33	刘冬冬，李金铭，赵博骏，等. 秸秆水热炭与热裂解炭的结构表征及铅吸附机制研究［J］. 农业机械学报，2020，51（12）：304-314.
	LIU Dongdong， LI Jinming， ZHAO Bojun，et al. Pb²⁺ absorption mechanism and structure characterization of hydrochar and pyrochar from straw［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2020，51（12）：304-314.
34	袁健，钱雅洁，薛罡，等. 活性污泥水热碳化法制备磁性炭及对水体Cd²⁺及Pb²⁺的去除［J］. 环境工程，2020，38（2）：55-62.
	YUAN Jian， QIAN Yajie， XUE Gang，et al. Removal of cadmium and lead in water by magnetic carbon prepared from activated sludge with hydrothermal carbonization［J］. Environmental Engineering，2020，38（2）：55-62.
35	吴凡，何宗文，刘雪梅，等. 磁性水热炭对重金属离子铅的吸附性能研究［J］. 应用化工，2020，49（8）：1892-1898. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2020.08.006 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2020.08.006
	WU Fan， HE Zongwen， LIU Xuemei，et al. Study on the adsorption performance of magnetic hydrothermal carbon on heavy metal ion lead［J］. Applied Chemical Industry，2020，49（8）：1892-1898. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2020.08.006 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2020.08.006
36	王曦，何苑静，许威，等. 氨基化水热炭对溶液中Cr（Ⅵ）吸附性研究［J］. 应用化工，2021，50（2）：290-294. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2021.02.004 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2021.02.004
	WANG Xi， HE Yuanjing， XU Wei，et al. Adsorption of Cr（Ⅵ） by amino hydrothermal carbon［J］. Applied Chemical Industry，2021，50（2）：290-294. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2021.02.004 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2021.02.004
37	花昀，刘杨，冯彦房，等. 微生物陈化可提升麦秆水热炭对Cd²⁺吸附性能［J］. 农业环境科学学报，2020，39（7）：1613-1622.
	HUA Yun， LIU Yang， FENG Yanfang，et al. Microbial aging can improve the Cd²⁺ adsorption performance of wheat straw hydrochar in aqueous solution［J］. Journal of Agro-Environment Science，2020，39（7）： 1613-1622.
38	刘雪梅，马闯，吴凡，等. 磷酸条件下甘蔗渣基水热炭对Cr（Ⅵ）的吸附［J］. 环境科学与技术，2018，41（12）：226-232.
	LIU Xuemei， MA Chuang， WU Fan，et al. Adsorption of Cr（Ⅵ）from wastewater using bagasse base hydrothermal carbon under phosphoric acid condition［J］. Environmental Science & Technology，2018，41（12）：226-232.
39	刘雪梅，马闯，吴凡，等. 异介质甘蔗渣基水热炭对Cr（Ⅵ）的吸附特性［J］. 化工新型材料，2019，47（9）：215-219.
	LIU Xuemei， MA Chuang， WU Fan，et al. Adsorption characteristics of different medium bagasse-based hydrothermal charcoal on Cr（Ⅵ）［J］. New Chemical Materials，2019，47（9）：215-219.
40	刘德明，赵玮林，邬克彬，等. 酸反应介质对柚子皮水热炭表面性质及吸附性能的影响［J］. 环境化学，2020，39（10）：2921-2928. doi:10.7524/j.issn.0254-6108.2019071504 doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2019071504
	LIU Deming， ZHAO Weilin， WU Kebin，et al ．Effect of acid reaction medium on the surface characteristics and adsorption properties of hydrochar from pomelo peel［J］. Environmental Chemistry，2020，39（10）：2921-2928． doi:10.7524/j.issn.0254-6108.2019071504 doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2019071504
41	WANG Shujuan， GUO Wei， GAO Fan，et al. Lead and uranium sorptive removal from aqueous solution using magnetic and nonmagnetic fast pyrolysis rice husk biochars［J］. RSC Advances，2018，8（24）：13205-13217. doi:10.1039/c7ra13540h doi: 10.1039/c7ra13540h
42	鲁秀国，过依婷，奉向东. 生物炭对土壤中重金属作用及影响研究进展［J］. 应用化工，2018，47（4）：775-779. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2018.04.035 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2018.04.035
	LU Xiuguo， GUO Yiting， FENG Xiangdong. Research progress of the effects and impacts of biochar on heavy metals in soil［J］. Applied Chemical Industry，2018，47（4）：775-779. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2018.04.035 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2018.04.035
43	刘雪梅，赵蓓. 不同条件甘蔗渣基水热炭对Cr（Ⅵ）的吸附特性［J］. 应用化工，2019，48（7）：1639-1643. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2019.07.030 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2019.07.030
	LIU Xuemei， ZHAO Bei. Adsorption of Cr（Ⅵ） on bagasse-based hydrothermal charcoal under different conditions［J］.Applied Chemical Industry，2019，48（7）：1639-1643. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2019.07.030 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2019.07.030
44	TIAN Sirong， LIU Yunguo， LIU Shaobo，et al. Hydrothermal synthesis of montmorillonite/hydrochar nanocomposites and application for 17β-estradiol and 17α-ethynylestradiol removal［J］. RSC Advances，2018，8（8）：4273-4283. doi:10.1039/c7ra12038a doi: 10.1039/c7ra12038a
45	LI Yin， MEAS A， SHAN Shengdao，et al. Hydrochars from bamboo sawdust through acid assisted and two-stage hydrothermal carbonization for removal of two organics from aqueous solution［J］. Bioresource Technology，2018，261：257-264. doi:10.1016/j.biortech.2018.03.108 doi: 10.1016/j.biortech.2018.03.108
46	LI Yin， TSEND N， LI Tikai，et al. Microwave assisted hydrothermal preparation of rice straw hydrochars for adsorption of organics and heavy metals［J］. Bioresource Technology，2019，273：136-143. doi:10.1016/j.biortech.2018.10.056 doi: 10.1016/j.biortech.2018.10.056
47	薛罡，韩闯，李响，等. 污泥生物碳-纳米钴复合材料的水热法制备及应用［J］. 水处理技术，2017，43（2）：29-33.
	XUE Gang， HAN Chuang， LI Xiang，et al. Synthesis and application of sludge biochar/Co nanoparticles produced by a hydrothermal reaction［J］. Technology of Water Treatment，2017，43（2）：29-33.
48	张凯，韦秀丽，王冰，等. 不同压强下微波水热炭的制备及其磷吸附性能［J］. 应用化工，2020，49（6）：1399-1403. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2020.06.016 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2020.06.016
	ZHANG Kai， WEI Xiuli， WANG Bing，et al. Preparation of microwave hydrochar and phosphorus adsorption properties under different pressure conditions［J］. Applied Chemical Industry，2020，49（6）：1399-1403. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2020.06.016 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2020.06.016
49	DENG Yaxin， ZHANG Tao， SHARMA B K，et al. Optimization and mechanism studies on cell disruption and phosphorus recovery from microalgae with magnesium modified hydrochar in assisted hydrothermal system［J］. Science of the Total Environment，2019，646：1140-1154. doi:10.1016/j.scitotenv.2018.07.369 doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.07.369
50	付晶晶，金杰，吉华顺，等. 磁性水热炭对水体中砷、氟的吸附特性［J］. 江苏大学学报：自然科学版，2019，40（4）：423-430.
	FU Jingjing， JIN Jie， JI Huashun，et al. Adsorption characteristics of arsenic and fluoride in water by magnetic hydrothermal carbon［J］. Journal of Jiangsu University：Natural Science Edition，2019，40（4）：423-430.
51	宋小宝，何世颖，冯彦房，等. 载镧磁性水热生物炭的制备及其除磷性能［J］. 环境科学，2020，41（2）：773-783.
	SONG Xiaobao， HE Shiying， FENG Yanfang，et al. Fabrication of La-MHTC composites for phosphate removal：Adsorption behavior and mechanism［J］. Environmental Science，2020，41（2）：773-783.

原料	固液比（质量比）	水热温度/℃	水热时间/h	研究结果	参考文献
脱水污泥，含水率（ 87 ±0.27） %	—	160、190、220、250	1、4、8、16	190 ℃和4 h是制备水热炭的最佳条件，此条件下，炭产率为57. 3%，产物的BET为11.916 m²/g	〔14〕
脱水泥饼，含水率86.35%	1∶1	180、200、220、240	1、3、10	220 ℃，1 h是制备水热炭的最优条件，此条件下制得的水热炭的BET为28.605 3 m²/g，孔体积为0.219 9 cm³/g，平均孔径30.745 3 nm	〔15〕
竹粉	1∶10	160、200	3、7、11、15	160 ℃、3 h条件下制备的水热炭得率最佳，为71.53%，表面官能团丰富	〔16〕
稻壳	1∶25	170~280	0.5、1、1.5、2	制备的最佳条件为240 ℃、1 h，吸附能力较强	〔17〕
花生壳	1∶10	200	1、5、10	随着水热炭化时间的增加，水热炭的吸附能力逐渐增强	〔18〕
花生壳	1∶13	180~230	7、9、10、11、12	200 ℃、10 h条件下制得的水热炭吸附性能最好	〔19〕

原料	固液比（质量比）	水热温度/℃	水热时间/h	研究结果	参考文献
脱水污泥，含水率（ 87 ±0.27） %	—	160、190、220、250	1、4、8、16	190 ℃和4 h是制备水热炭的最佳条件，此条件下，炭产率为57. 3%，产物的BET为11.916 m²/g	〔14〕
脱水泥饼，含水率86.35%	1∶1	180、200、220、240	1、3、10	220 ℃，1 h是制备水热炭的最优条件，此条件下制得的水热炭的BET为28.605 3 m²/g，孔体积为0.219 9 cm³/g，平均孔径30.745 3 nm	〔15〕
竹粉	1∶10	160、200	3、7、11、15	160 ℃、3 h条件下制备的水热炭得率最佳，为71.53%，表面官能团丰富	〔16〕
稻壳	1∶25	170~280	0.5、1、1.5、2	制备的最佳条件为240 ℃、1 h，吸附能力较强	〔17〕
花生壳	1∶10	200	1、5、10	随着水热炭化时间的增加，水热炭的吸附能力逐渐增强	〔18〕
花生壳	1∶13	180~230	7、9、10、11、12	200 ℃、10 h条件下制得的水热炭吸附性能最好	〔19〕

生物质原料	改性方法	污染物	动力学拟合模型	等温线拟合模型	吸附性能	吸附机理	参考文献
秸秆	—	Pb²⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	理论最大吸附量可达214.16 mg/g	络合反应为主的化学吸附	〔33〕
活性污泥	—	Cd²⁺、Pb²⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	吸附剂适当投加量下的Cd²⁺和Pb²⁺去除率均接近100%	还原和离子配位的化学吸附，同时还存在物理吸附	〔34〕
脱水泥饼	KOH活化改性	Cu²⁺、Cd²⁺	Lagergren伪二级动力学模型	Langmuir/Freundlich模型	饱和吸附量分别为49.89、2.04 mg/g	污泥水热炭表面含有以羧基为代表的含氧官能团，对Cu²⁺和Cd²⁺的吸附主要以化学吸附为主	〔15〕
桉树木屑	低浓度KOH改性	Cr⁶⁺	拟二级动力学模型	Freundlich模型	Cr⁶⁺的最高吸附量为45.88 mg/g	静电吸引、络合	〔21〕
橘子皮	磁性纳米材料改性	Pb²⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	吸附去除率可达到93.88%，吸附量可达到46.94 mg/g	化学吸附	〔35〕
松木屑	不同浓度磷酸二氢铵	Cr⁶⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	5%磷酸二氢铵改性水热炭单位吸附量最高	表面含有更多的含氮官能团，吸附过程为化学吸附	〔36〕
麦秆	微生物陈化	Cd²⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	微生物陈化的水热炭显著提升了对Cd²⁺的吸附	π键配位	〔37〕
甘蔗渣	以磷酸为水热溶剂	Cr⁶⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	去除率为95.3%，最大吸附量为5.171 mg/g	新增了官能团，以化学吸附为主	〔38〕
甘蔗渣	分别以草酸和硫酸为介质水热炭化	Cr⁶⁺	—	Langmuir模型	硫酸条件下的蔗渣基水热炭对Cr⁶⁺去除效果较好，最高去除率达到99.8%	吸附过程主要为化学吸附	〔39〕
柚子皮	磷酸和醋酸为反应介质	Pb²⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、Cu²⁺	—	—	对Pb²⁺、Cr⁶⁺的吸附效果最好，最高吸附量分别为20.11、19.38 mg/g	化学吸附	〔40〕
稻壳	生物炭与Fe³⁺、Fe²⁺溶液浸渍后水热合成	Pb²⁺、U⁶⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	吸附量分别可达到129、118 mg/g	对Pb²⁺的吸附主要是物理吸附，而对U⁶⁺的吸附主要是化学吸附	〔41〕

生物质原料	改性方法	污染物	动力学拟合模型	等温线拟合模型	吸附性能	吸附机理	参考文献
秸秆	—	Pb²⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	理论最大吸附量可达214.16 mg/g	络合反应为主的化学吸附	〔33〕
活性污泥	—	Cd²⁺、Pb²⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	吸附剂适当投加量下的Cd²⁺和Pb²⁺去除率均接近100%	还原和离子配位的化学吸附，同时还存在物理吸附	〔34〕
脱水泥饼	KOH活化改性	Cu²⁺、Cd²⁺	Lagergren伪二级动力学模型	Langmuir/Freundlich模型	饱和吸附量分别为49.89、2.04 mg/g	污泥水热炭表面含有以羧基为代表的含氧官能团，对Cu²⁺和Cd²⁺的吸附主要以化学吸附为主	〔15〕
桉树木屑	低浓度KOH改性	Cr⁶⁺	拟二级动力学模型	Freundlich模型	Cr⁶⁺的最高吸附量为45.88 mg/g	静电吸引、络合	〔21〕
橘子皮	磁性纳米材料改性	Pb²⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	吸附去除率可达到93.88%，吸附量可达到46.94 mg/g	化学吸附	〔35〕
松木屑	不同浓度磷酸二氢铵	Cr⁶⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	5%磷酸二氢铵改性水热炭单位吸附量最高	表面含有更多的含氮官能团，吸附过程为化学吸附	〔36〕
麦秆	微生物陈化	Cd²⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	微生物陈化的水热炭显著提升了对Cd²⁺的吸附	π键配位	〔37〕
甘蔗渣	以磷酸为水热溶剂	Cr⁶⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	去除率为95.3%，最大吸附量为5.171 mg/g	新增了官能团，以化学吸附为主	〔38〕
甘蔗渣	分别以草酸和硫酸为介质水热炭化	Cr⁶⁺	—	Langmuir模型	硫酸条件下的蔗渣基水热炭对Cr⁶⁺去除效果较好，最高去除率达到99.8%	吸附过程主要为化学吸附	〔39〕
柚子皮	磷酸和醋酸为反应介质	Pb²⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、Cu²⁺	—	—	对Pb²⁺、Cr⁶⁺的吸附效果最好，最高吸附量分别为20.11、19.38 mg/g	化学吸附	〔40〕
稻壳	生物炭与Fe³⁺、Fe²⁺溶液浸渍后水热合成	Pb²⁺、U⁶⁺	拟二级动力学模型	Langmuir模型	吸附量分别可达到129、118 mg/g	对Pb²⁺的吸附主要是物理吸附，而对U⁶⁺的吸附主要是化学吸附	〔41〕

[1]	Hengjun TANG, Biao QIU, Weiping SIMA, Jian TANG. Study on the removal of Cr(Ⅵ) by acid-modified distillers’ grains biochar [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(3): 144-151.
[2]	Wei JIANG, Xiaodie CAI, Xinyu WEN, Sili CHEN, Jinsong WANG, Zhengke ZHANG. Preparation of mesoporous silica/sodium alginate composites and its removal performance of radioactive Sr²⁺ [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(3): 90-98.
[3]	Qingyuan WANG, Yanping ZHANG, Yibing LI, Fen LI. Adsorption of methylene blue by biochar prepared using straw mixed with agricultural film [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(3): 110-120.
[4]	Jin LI, Lu QIU, Rui LIU, Jun LI, Hanyi LI, Bing YAN, Jiang HE, Xianjin LIANG, Biao YI. Evaluation model of landfill leachate treatment system design scheme [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(3): 121-128.
[5]	Xiao ZHANG, Lijie ZHANG, Bo WANG, Junren CHEN, Zian REN, Yuejun QI. Research progress on synergistic efficiency of pollution reduction and carbon reduction based on microalgae technology [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(3): 34-43.
[6]	Xi HUAN, Wei WANG, Haobin JIN, Ziyu TIAN, Jingnan WANG, Gege HU, Siyuan KANG, Shuaili BAI. Preparation and interfacial evaporation properties of 3D photothermal absorber [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(2): 78-84.
[7]	Yasong CHEN, Shiyu MIAO, Chi ZHANG, Mingran LI, Jiaqi WANG, Yanyu ZHANG, Wei JIANG. Research progress on the preparation and the adsorption mechanisms of phosphorus removal adsorbents [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(2): 1-9.
[8]	Wenhao WANG, Yexing CHENG, Yuyin WANG, Tingting HOU, Xiaofeng WU, Yucai LI. Effect of different types of activated carbon on the adsorption- reduction of Cr(Ⅵ) by mZVI/activated carbon [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(2): 150-158.
[9]	Qing LIU, Jianbin HUANG, Weifan LI, Guodong ZHAO, Jingjing YANG. Performance of U(Ⅵ) enrichment by tannic acid sodium and alginate composite microspheres [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(1): 58-65.
[10]	Weiye ZHANG, Jing SHEN, Zihe PAN, Yipeng SONG, Huaigang CHENG, Huirong ZHANG. Analysis of heel formation and influencing factors during the thermal regeneration process of saturated activated carbon [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(1): 17-25.
[11]	Cuihong ZHANG, Jing WANG, Jie WANG, Wenjiao YUAN. Preparation of quaternary ammonium-modified silica and its adsorption of vanadium(V) [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(1): 104-114.
[12]	Zhihua DENG, Rui LIU, Biqing LI. Preparation of different biochars and their adsorption performance for heavy metals and antibiotics [J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(1): 94-103.
[13]	Zirui GUO, Hongyan LI, Feng ZHANG, Jiali CUI, Qun YANG, Yun LI. Performance and mechanism of catalytic degradation of benzotriazole in water by Fe₂O₃-CuO/rCG [J]. Industrial Water Treatment, 2024, 44(9): 118-126.
[14]	Qin DENG, Yijian ZHONG, Jincheng LI, Huihui SHI, Chunman WEI, Jiajia QIN. Preparation and regeneration ability test of a new type of phosphorus removal filler [J]. Industrial Water Treatment, 2024, 44(8): 140-148.
[15]	Ya HU, Xiaolei SUN, Jingyu LU, Xiuyun SUN. Preparation of Tymycin waste salt activated carbon and its adsorption performance for EDTA-Pb(Ⅱ) [J]. Industrial Water Treatment, 2024, 44(8): 133-139.

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