裂解温度调控溶解性生物炭光敏化产生活性氧自由基

作者：魏亚俊; 刘婧妍; 陈再明; 汪美贞; 方婧; 黄丹^*; 冯华军

来源：环境科学学报, 2023, 43(02): 286-299.

DOI：10.13671/j.hjkxxb.2022.0186

• 溶解性生物炭
• 裂解温度
• 光敏化
• 活性氧自由基
• 构-效关系

溶解性生物炭受紫外光辐射产生的活性氧自由基(Reactive oxygen species,ROS)易对环境造成影响，受到环境领域的持续关注.以玉米秸秆为原料，在不同裂解温度(200～600℃)下制备了5种生物炭，并通过水提得到溶解性生物炭(Dissolved biochar,DBC)，系统考察了生物炭裂解温度对DBC结构和组分的影响，并利用化学分子探针定量研究了DBC在紫外光辐射下产生常见ROS的能力，如羟基自由基(Hydroxyl radical，?OH)、单线态氧(Singlet oxygen,1O2)和超氧自由基(Superoxide radical,O2?-).结果表明，DBC主要由有机酸、类蛋白质和纳米级生物炭构成，前两者皆会随生物炭裂解温度上升而减少，后者则会逐渐增多.高温DBC-(400～600℃)具有更强芳香性和疏水性，但荧光物质含量极低.对DBC产生的ROS进行定量研究发现，仅DBC-200℃和300℃产生少量?OH.DBC-300℃的1O2表观量子产率(Φ1O2)最多，为7.41%;DBC-400℃的O2?-表观量子产率(ΦO2?-)最多，为2.12%.DBC-300℃中荧光物质和腐殖酸类物质更多，羰基和醛醌类官能团比例最高，促进其产生更高的1O2含量；DBC-400℃芳香性结构丰富且更强，促进其产生更高的O2?-含量.DBC经长期紫外光辐照(168 h)后，芳香性降低，高分子量化合物减少，自身也会通过光矿化形式(约30%)参与碳循环.本文为阐明DBC自身光降解、光敏化ROS产能和组成结构间的构-效关系提供了理论依据，为DBC潜在的环境污染修复应用奠定了坚实基础.

• 单位
  浙江科技学院; 浙江工商大学