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生物炭(BC)因具有较高的比表面积和微孔率等特性，已成为水处理和土壤修复中良好的吸附剂。许多研究表明生物炭具有显著的农业和环境效益，发现其对多种污染物具有很强的吸附能力。生物炭施用于土壤后，会释放出大量的有机碳和金属元素，并因物理/化学/生物作用分解释放出微米至纳米级胶体态BC。但我们对生物炭胶体独特的环境行为知之甚少，有待更多研究。
本论文首先研究了不同制备温度下不同粒径生物炭中溶解性有机碳(DOC)和金属元素的释放规律与影响因素。其次，收集了从不同制备温度和不同粒径生物炭中释放的生物炭胶体，并研究了生物炭胶体对三种有机污染物的吸附与脱附作用。最后，研究了生物炭胶体与有机污染物在土壤中的共迁移行为。论文取得以下主要研究结果：
1)利用水稻作为生物质来源制备了不同炭化温度和粒径BC，研究了BC中DOC和金属/类金属元素(钾、镁、锰、铁、铝、铜和硅)的释放规律与影响因素。结果表明，BC的制备温度对DOC和DOC-金属/类金属配合物的产率和组成有显著影响，而BC粒径的影响相对较小。随着制备温度由200℃升高至700℃，BC中DOC产率明显下降，其组分逐渐由低分子量、低芳香性的亲水性腐殖酸类物质向复杂的高分子量、高芳香性的疏水性物质转变。可溶解金属的总释放量随制备温度的升高而降低；制备温度适中(500℃)时，BC中溶出的硅最高。金属元素主要与DOC结合形式释放，但硅在中性水环境下主要以自由形态释放。随着溶液pH值的增加，DOC释放量增加，而金属的释放量减少。随着溶液离子强度的增加，金属/类金属的总释放量增加，而DOC结合的金属/类金属的比例却减少。
2)收集了6个制备温度(200-700℃)和3种粒径(250nm,500nm,1μm)的水稻BC胶体，研究了这些BC胶体对菲(PHN)、阿特拉津(ATZ)和土霉素(OTC)的吸附和解吸作用。BC制备温度对其胶体粒径影响不大，但BC胶体粒径随BC粒径减小而减小，三种粒径BC中获得的BC胶体粒径分别为30±6、70±18和140±15nm。准二级动力学模型可以很好地拟合这些BC胶体对三种有机污染物的吸附动力学曲线，孔隙中扩散速率是制约吸附速度的主控因素。Freundlich和Langmuir模型都可以很好地拟合等温吸附曲线。随着炭化温度增加或粒径减小，BC胶体的比表面积和孔体积增加，动力学模型拟合得出的BC胶体对三种有机物的吸附速率(k2)降低，Langmuir模型拟合得到的吸附容量(Qmax)增加。制备温度最高(700℃)且粒径最小(250 nm)的BC胶体吸附能力最高，其对PHN、ATZ和OTC的吸附容量分别为212、815和72.4μmolg-1。BC胶体对PHN和ATZ的吸附可逆，但OTC在中等制备温度(300-500℃)BC胶体上的脱附存在明显的滞后现象。
3)探究了从6个制备温度(200-700℃)和3种粒径(250nm,500nm,1μm)BC中获得的BC胶体与PHN、ATZ和OTC在土柱中的共迁移行为。BC胶体在土柱中迁移性能较好，其最大穿透浓度在0.08-0.77之间，随炭化温度降低而增加。PHN、ATZ和OTC在土柱中的单独迁移能力很弱，最大穿透浓度分别仅为0.05、0.05和0.03；但在BC胶体存在时，PHN、ATZ和OTC的最大穿透浓度分别增加到0.33、0.62和0.44。BC胶体对有机污染物迁移的促进作用随其制备温度和尺寸的增加而降低。与BC胶体共迁移时，PHN和ATZ均主要以BC胶体结合态形式迁出土柱；但低制备温度BC胶体存在时，OTC主要以溶解态形式迁出。可见，BC胶体主要作为吸附载体促进污染物迁移，同时也能通过竞争土壤颗粒上的吸附位点而促进溶解态污染物迁移。BC胶体释放的DOC也可促进有机污染物的迁移。
本论文首先研究了不同制备温度下不同粒径生物炭中溶解性有机碳(DOC)和金属元素的释放规律与影响因素。其次，收集了从不同制备温度和不同粒径生物炭中释放的生物炭胶体，并研究了生物炭胶体对三种有机污染物的吸附与脱附作用。最后，研究了生物炭胶体与有机污染物在土壤中的共迁移行为。论文取得以下主要研究结果：
1)利用水稻作为生物质来源制备了不同炭化温度和粒径BC，研究了BC中DOC和金属/类金属元素(钾、镁、锰、铁、铝、铜和硅)的释放规律与影响因素。结果表明，BC的制备温度对DOC和DOC-金属/类金属配合物的产率和组成有显著影响，而BC粒径的影响相对较小。随着制备温度由200℃升高至700℃，BC中DOC产率明显下降，其组分逐渐由低分子量、低芳香性的亲水性腐殖酸类物质向复杂的高分子量、高芳香性的疏水性物质转变。可溶解金属的总释放量随制备温度的升高而降低；制备温度适中(500℃)时，BC中溶出的硅最高。金属元素主要与DOC结合形式释放，但硅在中性水环境下主要以自由形态释放。随着溶液pH值的增加，DOC释放量增加，而金属的释放量减少。随着溶液离子强度的增加，金属/类金属的总释放量增加，而DOC结合的金属/类金属的比例却减少。
2)收集了6个制备温度(200-700℃)和3种粒径(250nm,500nm,1μm)的水稻BC胶体，研究了这些BC胶体对菲(PHN)、阿特拉津(ATZ)和土霉素(OTC)的吸附和解吸作用。BC制备温度对其胶体粒径影响不大，但BC胶体粒径随BC粒径减小而减小，三种粒径BC中获得的BC胶体粒径分别为30±6、70±18和140±15nm。准二级动力学模型可以很好地拟合这些BC胶体对三种有机污染物的吸附动力学曲线，孔隙中扩散速率是制约吸附速度的主控因素。Freundlich和Langmuir模型都可以很好地拟合等温吸附曲线。随着炭化温度增加或粒径减小，BC胶体的比表面积和孔体积增加，动力学模型拟合得出的BC胶体对三种有机物的吸附速率(k2)降低，Langmuir模型拟合得到的吸附容量(Qmax)增加。制备温度最高(700℃)且粒径最小(250 nm)的BC胶体吸附能力最高，其对PHN、ATZ和OTC的吸附容量分别为212、815和72.4μmolg-1。BC胶体对PHN和ATZ的吸附可逆，但OTC在中等制备温度(300-500℃)BC胶体上的脱附存在明显的滞后现象。
3)探究了从6个制备温度(200-700℃)和3种粒径(250nm,500nm,1μm)BC中获得的BC胶体与PHN、ATZ和OTC在土柱中的共迁移行为。BC胶体在土柱中迁移性能较好，其最大穿透浓度在0.08-0.77之间，随炭化温度降低而增加。PHN、ATZ和OTC在土柱中的单独迁移能力很弱，最大穿透浓度分别仅为0.05、0.05和0.03；但在BC胶体存在时，PHN、ATZ和OTC的最大穿透浓度分别增加到0.33、0.62和0.44。BC胶体对有机污染物迁移的促进作用随其制备温度和尺寸的增加而降低。与BC胶体共迁移时，PHN和ATZ均主要以BC胶体结合态形式迁出土柱；但低制备温度BC胶体存在时，OTC主要以溶解态形式迁出。可见，BC胶体主要作为吸附载体促进污染物迁移，同时也能通过竞争土壤颗粒上的吸附位点而促进溶解态污染物迁移。BC胶体释放的DOC也可促进有机污染物的迁移。