علوم آب و خاک

بیوچار به‌عنوان یک ماده کربنی پایدار، اقتصادی و سازگار با محیط‌زیست به دلیل برخورداری از گروه‌های عاملی اکسیژن دار، ساختار آروماتیک، تخلخل قابل‌توجه، سطح ویژه زیاد و ظرفیت تبادل کاتیونی مناسب، به‌طور گسترده در توسعه جاذب‌های پیشرفته در تثبیت و حذف آلاینده‌های محیطی از آب و خاک مورد توجه قرار گرفته است. با وجود این، محدودیت‌های عملکردی بیوچار خالص در حذف آلاینده‌ها، ضرورت اصلاح و مهندسی آن را آشکار ساخته است. در این راستا، تولید کامپوزیت‌های بیوچار از طریق ترکیب با مواد معدنی و ترکیبات حاوی آهن به‌عنوان راهکاری مؤثر برای بهبود ویژگی‌های ساختاری، شیمیایی و واکنش‌پذیری سطحی مطرح شده است. در این مقاله مروری، روش‌های اصلی ساخت کامپوزیت‌های بیوچار شامل اصلاح پس از فرایند گرماکافت و نیز اختلاط مستقیم با فازهای معدنی بررسی و روش هم افزایی و بارگذاری مستقیم به عنوان روش های نوین معرفی شده‌اند. همچنین تأثیر نوع زیست‌توده، شرایط گرماکافت، نوع ماده اصلاح‌کننده و مسیر سنتز بر ویژگی‌های فیزیک و شیمیایی نهایی کامپوزیت‌ها تحلیل شده است. افزون بر این، سازوکارهای حاکم بر عملکرد این مواد در تثبیت و حذف فلزات سنگین، شامل جذب سطحی، رسوب، کمپلکس، تبادل لیگاند، واکنش‌های اکسایش کاهش، انتقال الکترون، برهم کنش های الکترواستاتیکی و تبادل یونی مورد بحث قرار گرفته‌اند. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که هم‌افزایی میان بیوچار و فازهای معدنی و آهن‌دار می‌تواند به‌طور چشمگیری کارایی تثبیت آلاینده ها از جمله فلزات سنگین آنیونی و کاتیونی را افزایش دهد. این بررسی بر اهمیت طراحی هدفمند کامپوزیت‌های بیوچار بر پایه شناخت دقیق رابطه میان روش ساخت و ویژگی‌های عملکردی تأکید دارد. همچنین چالش‌های آینده و چشم‌اندازهای مربوط به استفاده از کامپوزیت‌های بیوچار - مواد معدنی در پالایش محیطی و تجاری‌سازی این فناوری امیدوارکننده نیز مورد توجه قرار گرفته است.