随着生物炭光催化活性的发现，生物炭对环境中元素的氧化还原、赋存状态、迁移转化和环境循环等地球化学过程的调控和影响成为该领域研究的前沿和热点。目前，生物炭光催化的环境属性研究处于起步阶段，不同生物质源和热解温度对生物炭结构以及光催化过程的调控过程和分子机制尚不清楚。 

中国科学院西北生态环境资源研究院范桥辉团队分别以富含纤维素和木质素的小白菜和玉米芯为生物质源，在不同热解温度下制备了系列生物炭材料，探究了典型污染物Cr(VI)在纤维素和木质素生物炭表面的光催化还原性能、过程和机制等。研究发现：低温热解时，纤维素生物炭中产生较多的含氧官能团；而木质素中芳香结构较为稳定，因此产生的生物炭中存在较多的芳香骨架。由于生物炭结构和形貌特征的差异性，纤维素生物炭和木质素生物炭在光吸收、电导率、光电流响应和能带结构等方面存在显著差异。纤维素生物炭对Cr(VI)的光催化还原效率约为木质素炭的1.3倍。纤维素生物炭中光活性的70%源于可溶组分，而木质素炭中几乎为100%。虽然两种生物炭的可溶组分存在明显的结构差异，但均主导了生物炭光催化还原Cr(VI)的整个过程。对木质素和纤维素生物炭而言，界面电子传输均是Cr(VI)光催化还原的关键反应途径，而纤维素生物炭体系中·O2-的产生对Cr(VI)光催化还原具有一定贡献。纤维素生物炭和木质素生物炭体系中均可产生·OH自由基，且对Cr(VI)光催化还原具有一定贡献。该研究揭示了生物炭结构演化对Cr(VI)光催化还原反应效率和过程的调控机制，可为评估生物炭的光活性对环境变价元素的赋存状态、迁移转化和循环等地球化学行为的调控作用提供理论依据。 

相关研究成果以Different photoreduction processes of Cr(VI) on cellulose-rich and lignin-rich biochar为题，发表在《环境研究》（Environmental Research）上。研究工作得到中国科学院青年创新促进会、废旧矿山修复治理甘肃省引才引智基地、甘肃省重点实验室和自然资源部黄河上游战略性矿产资源重点实验室等的支持。

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富含纤维素木质素生物炭光催还原Cr(VI)的过程和机制

来源： 西北生态环境资源研究院