各学院、部门：

根据《省科技厅关于2021年度贵州省科学技术奖推荐工作的通知》文件要求，现对我单位王倩作为完成人参加的拟推荐2021年度贵州省科技奖项目内容进行公示（项目名称：功能化生物炭的设计及环境应用基础研究）。公示期：为2021年7月5日至7月11日（7个自然日）。如有异议，请在公示期内以书面形式向科研处反映。

联系人： 冯桂凤

电话：0851-86277261

邮箱：971533690@qq.com

附件：功能化生物炭的设计及环境应用基础研究公示材料

 

科研处

                            2021年7月5日

 

 

 

 

 

 

附件：

“功能化生物炭的设计及环境应用基础研究”项目公示内容

 

   报奖类别：自然科学奖

   项目名称：功能化生物炭的设计及环境应用基础研究

   推荐等级：一、二等奖

   项目简介：

研究内容：项目围绕功能化生物炭的研发制备及其在环境可持续发展领域的应用为目标，针对新制备的生物炭吸附能力相对有限、难分离、易随水迁移下渗等当前亟需解决的瓶颈问题，以农林废弃物、畜禽粪便、酒糟、磷石膏、煤矸石、粉煤灰等工农业固体废弃物为研究对象，创新性地设计研发了不同环境友好功能化生物炭，并应用于环境中污染物的去除，克服了生物炭生产成本高、吸附能力有限、难回收再利用等问题。通过科学的现代分析测试手段，结合环境科学、环境工程、土壤学等多学科交叉的方法和原理，揭示了功能化生物炭复合材料对环境中不同污染物的去除机制及其影响因素，评估了生物炭复合材料对污染物去除的可行性，建立了功能化生物炭复合材料处理环境中污染物的技术体系。

科学价值：（1）为解决原始生物炭吸附能力相对有限问题，利用生物炭负载碳纳米管和石墨烯制备生物炭复合材料，极大提高了生物炭表面含氧官能团数量、比表面积、孔隙率、表面电荷数等，为水体中的重金属提供多维吸附位点。碳纳米材料极大地增强了生物炭对水体中重金属离子的吸附能力，使原本对重金属吸附性能一般的生物炭材料，Pb（II）和Cd（II）的吸附容量分别增加了0.5-1.0和2.0-5.0倍。开发生物炭-碳纳米复合材料在处理和修复重金属污染方面具有巨大潜力。

（2）针对生物炭施用于土壤后可能存在老化的问题，通过逐步氧化法对生物炭进行连续氧化处理，开展了氧化生物炭对水体中铵和铅的吸附固持机理研究。发现经表面氧化处理后，生物炭表面含氧官能团增加。通过调节pH值，氧化程度越高的生物炭在中性条件下对铵和铅的吸附能力越强，对铅的钝化效果越明显。表明氧化作用和pH值对生物炭吸附铵和铅的影响较大，制备的功能性生物炭对于铵和铅的吸附固定效果突出，且方法工艺简便、成本低廉，可广泛推广于环境修复工程中。研究结果为生物炭应用于土壤改良和重金属污染修复治理提供了理论基础。上述研究成果发表在环境领域国际顶级期刊Science of the Total Environment（IF= 7.963）。

（3）围绕生物炭密度较低，颗粒度小，难分离，施用于土壤后容易随水迁移、下渗，从而可能造成环境二次污染等问题，采用生物炭与海藻酸钠为原料研发制备了生物炭-海藻酸钙复合材料，该方法不仅有效解决了生物炭密度低、颗粒度小、易随水迁移、下渗等问题，而且大幅提高了其对污染物的吸附能力。具有很好的保水及养分固持能力及良好的缓释能力。通过对水溶液中重金属Cd的吸附研究发现，该复合材料对重金属元素Cd的吸附能力较原始生物炭大幅提高，最大吸附能力由40.0 mg/g提高到251.8 mg/g，提高了约5.3倍。针对该复合材料对土壤水分和营养元素K⁺和NO₃^-的固持缓释能力进行了研究，发现生物炭-海藻酸钙复合材料在不同环境温度下保水能力显著高于海藻酸钙微球本身，对营养元素具有较好的吸附固持和缓释能力，表明生物炭的引入可以有效提高海藻酸钙微球的持水能力和增强营养元素的固持缓释作用。研究结果为后续应用于土壤保水保肥（尤其是干旱半干旱地区）提供了很好的基础。上述研究成果分别发表在Journal of Industrial and Engineering Chemistry（2区，IF= 5.278）、Journal of Environmental Management（2区Top，IF= 6.789）等期刊。

（4）针对功能化生物炭改性技术方法和不同海藻酸盐基复合材料及其优缺点分别进行了系统分析，综合分析工程化生物炭的改性方法及其在环境、农业和储能等方面的最新研究进展。对其制备方法、对不同污染物的吸附去除机理及其在环境中的应用进行了综述，指明了生物炭改性技术方法和海藻酸盐基复合材料未来在环境方面的应用发展方向，为该领域的发展提供了很好的借鉴。系统地整理了工程化生物炭在可持续环境、农业和能源开发领域的应用。这些新兴的应用为生物炭的工程应用奠定良好的基础。上述成果分别于2017年和2019年发表在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（1区Top，IF=12.561）。

科学成果：团队在功能化生物炭设计研发及其环境应用方面取得重要科学发现。自2011年以来，共承担国家级和省部级科研项目共计4项，总经费合计143万元。在国内外核心期刊上共发表学术期刊论文42篇（其中 SCI 27篇），获得授权发明专利3项；5篇代表性论文平均 IF=8.704，其SCI 他引490余次。第一完成人和第三完成人分别于2015年和2018年度贵州省“千”层次创新型人才。第一完成人应邀在国际生物炭大会等国际学术会议作学术报告3次，产生了广泛的学术影响。

      主要代表作目录：

代表性论文名称	期刊名	影响因子	期数、卷号、页码	第一作者	通讯作者
Adsorption and desorption of ammonium by maple wood biochar as a function of oxidation and pH	Chemosphere	7.086	138：120-126	王兵	王兵
Recent advances in engineered biochar productions and applications	Critical Reviews in Environmental Science Technology	12.561	47（22）：1-50	王兵	Bin Gao
Sorption and desorption of Pb (II) to biochar as affected by oxidation and pH	Science of the Total Environment	7.963	634（1）：188-194	王倩	王兵
Alginate-based composites for environmental applications: a critical review	Critical Reviews in Environmental Science Technology	12.561	49（4）：1-39	王兵	Bin Gao
Biochar-supported carbon nanotube and graphene oxide nanocomposites for Pb (II) and Cd (II) removal	Rsc Advances	3.361	6（29）：24314-24319	刘涛泽	Bin Gao

主要完成人情况：

姓名	排名	技术职称	工作单位	对项目技术创造性贡献
王兵	1	正高	贵州大学	项目总设计人，研究成果主要贡献者，在功能化生物炭设计方法的创建、功能化生物炭对水体主要污染物去除机理研究方面做出了创造性的直接贡献。代表性论文 1、2、3、4。
李心清	2	正高	中国科学院地球化学研究所	参与项目研究计划的制订和组织和实施，研究成果的主要贡献者。在功能化生物炭对土壤保水、营养元素固定等方面的科学发现有直接贡献。代表性论文1、2。
刘涛泽	3	副高	贵州民族大学	参与项目研究计划的制订和组织和实施，研究成果的主要贡献者。在生物炭对于纳米材料的负载技术、生物炭纳米复合材料在污水中的应用的科学发现有直接贡献。代表性论文5。
王倩	4	中级	贵州师范学院	参与项目研究计划的制订和组织和实施，研究成果的主要贡献者。在功能化生物炭对水体重金属吸附机理研究方面有直接贡献。代表性论文3。

主要完成单位：

单位名称	排名	主要贡献
贵州大学	1	贵州大学作为第一完成人单位，对本项目做出了突出贡献。为本项目提供了高科技科研仪器分析平台以及科技资源的开放共享，在科学研究、人才培养和成果转化等方面发挥了重要作用，是本项目获得创新成果的关键。
中国科学院地球化学研究所	2	中国科学院地球化学研究所为本项目输送了创新能力强、科研水平突出的高素质人才，同时为本项目提供了高水平的科学分析测试方法及相关技术支撑。
贵州民族大学	3	贵州民族大学为本项目提供了样品制备、分析测试等相关服务工作。同时为本项目输送了若干高素质硕士研究生，为人才队伍的建设提供了保障。
贵州师范学院	4	贵州师范学院为本项目提供了样品采集、预处理、样品理化性质初步分析测试等相关工作。同时为本项目输送大量高素质大学生，为本项目人才培养奠定基础。