生物炭是指由生物质在完全或部分缺氧状态下低温(< 700℃)热解生成的一类富含碳、高度芳香化的固态物质。生物炭因其制备原料来源广泛、比表面积大、孔隙发达等特点在水污染控制和土壤污染修复等领域具有良好的应用前景。目前生物炭在实际应用中主要存在以下问题：
1 生物炭粉末无法从水或土壤中快速有效分离，使用后的生物炭粉末易造成二次污染；
2 高温热解制备过程会导致生物炭表面含氧官能团的分解，因而其对重金属的吸附去除性能有限。如何实现生物炭与水体的快速分离以及提高生物炭的吸附性能是生物炭材料大规模应用的重大挑战。
基于此，中国科学院城市环境研究所纳米环境功能材料研究组（付明来研究组）以MnO2改性稻壳炭为基础，聚丙烯酰胺凝胶的三维网络结构为负载媒介，实现了生物炭的凝胶化成型，同时利用表面活性剂发泡在凝胶内部制造丰富孔隙，最终成功构建了改性生物质炭负载的三维多孔宏观材料(MBCG)。该合成方法简单快捷，价格低廉，且易于放大生产！
实验结果表明，制得的材料具有丰富的吸附位点和内部孔隙结构，呈现出良好的重金属吸附性能，其对Cd(II)和Pb(II)的Langmuir最大理论吸附量可达到84.8和70.9 mg·g-1，吸附性能甚至高于改性后的生物炭粉末。生物炭的引入使凝胶结构的热稳定性能和力学性能均得到显著提升。此外，宏观材料MBCG有效解决了生物炭粉末难以回收循环的问题，并具有良好的结构稳定性。在五次吸附解析循环实验后，其对Cd(II)和Pb(II)的吸附量仍能保持在92.1%和80.5%。该材料的成功开发将推动生物炭材料在重金属污染水体和土壤中的实际应用。
上述成果以“A facile foaming-polymerization strategy to prepare 3D MnO2modified bio-based porous hydrogels for efficient removal of Cd(II) and Pb(II)”为题发表于环境科学领域Top期刊Chemosphere上，相关专利也在受理中（公开号201910268850.2）。该研究得到了国家自然科学基金、厦门市科技项目和中日合作项目的支持。
生物炭凝胶化成型技术及吸附重金属的示意图
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原标题：城市环境研究所在生物炭的应用研究取得新进展
