生物炭由于可以 固碳、改良土壤、降低环境污染风险， 并 可以将固体废物资源化利用等优势，而在土壤 、 环境 修复 领域受到广泛 应用 。然而有研究表明，生物炭 同时 含有大量 溶解态组分及 风险物质， 如重金属等， 为其环境效应带来不确定影响。生物炭 进入环境， 在 改良 环境的同时 ，其潜在 的环境风险不可忽视。 为促进生物炭在农业、环境领域的安全 应用 需要对生物炭中风险物质 的 环境行为开展系统研究。本文以溶解态黑炭和重金属为研究 对象 ，利用 多种先进分析 技术，首先 开展 了溶解态黑炭光反应活性及土 -水界面吸附分馏的影响作用 研究 在此基础上 解析了光化学反应环境过程中影响溶解态黑炭转化的主导因素，建立光致自由基转化与其分子组成之间的联系；最后 探讨 了猪粪中重金属铜在热解过程中形态 演化 行为及关键影响因素 。具体研究 进展 如下：
    1）与 天然溶解态有机碳 相比，溶解态黑炭具有相对较低的光致自由基稳态浓度，以及较弱的光屏蔽效应和还原能力。 富 氧单宁类组分含量较低是溶解态黑炭光致自由基稳态浓度较低的原因，而木质素酚类组分含量较低则导致了溶解态黑炭光屏蔽效应和还原能力较弱。溶解态黑炭在经历土壤 界面 的选择性吸附后，高度芳香化的稠环芳香结构和一部分不饱和度较高 的低含氧量 木质素类 吸附到土壤表面，土壤原生溶解态有机碳中脂质和蛋白质类组分也 与外源 溶解态黑炭发生了共吸附；而溶解态黑炭和土壤溶解态有机碳中 高含氧量 木质素类 和单宁类 组分 则释放到水体中；此外溶解态黑炭 还可通过竞争性吸附取代反应造成 土壤有机碳中部分木质素类和单宁类组分的溶出。土 -水界面的吸附分馏过程导致了溶解态黑炭中木质素类和单宁类组分的显著增多，其中单宁类组分的增多是溶解态黑炭光氧化能力升高的内在机制， 而 木质素类组分的增多则导致了溶解态黑炭还原能力的增加。 这两 个增多的 组分 还 通过分子内电荷转移作用增强了溶解态黑炭的光屏蔽效 应。 研究结果 为我们认识 溶解态 黑炭光反应活性及其在真实环境中非生物 转化 行为提供了重要参考。
    2）溶解态黑炭分子 元素组成 和腐殖化程度在光化学反应过程中起主导作用。其中 CHO分子 比 CHON分子 更易光降解 ；腐殖化程度较高的分子较为光稳定腐殖化程度较低的分子则容易光降解为不饱和度更低的分子。总体来说，溶解态黑炭在光化学反应后其 芳香度、分子量较高的木质素类组分 趋于 降低 ，而 芳香度、分子量较低蛋白质类组分 则趋于 升高；同时，还表现为 CHO组分的降低和 CHON组分的升高。此外，溶解态黑炭的分子光转化 导致了 氧化 还 原能力 的大幅降低这 造成 了溶解态黑炭 可见吸收 的大幅降低，从而 造成 受吸光速率控制的自由基量子产率的大幅升高。相 对于 天然溶解态有机碳 溶解态黑炭的光化学反应更为剧烈，而在土 -水界面吸附分馏后，溶解态黑炭的光化学反应趋于平稳，更类似于 天然溶解态有机碳 ，腐殖化程度的升高可能是其内在机制。研究结果在分子水平上探明了溶解态黑炭有别于 天然溶解态有机碳 的光化学反应和光致自由基转化的机制，为认识溶解态黑炭在环境中的归趋及 其影响 有机污染物光降解的 应用研究提供了重要参考。
    3）猪粪中 82%以上的铜以 Cu(I)-S和 Cu(I)-巯基 络合 物的形式存在，在 300 ℃低温热解过程中 Cu(I)-巯基 络合 物 逐渐 转化为稳定的 Cu(I)2S，在 500 ℃高温下Cu(I)部分氧化脱硫成 Cu(II)化合物。铜在猪粪中的形态 演化 与饲料、猪粪 在 热解过程 中硫的形态分布和变化一致。猪粪中约 58%的磷以 CaHPO4和鸟粪石的形式存在，在热解过程中逐渐转化为羟基磷灰石等稳定的钙结合态化合物 同时形成大量的碳酸盐化合物 。 这些化合物 显著降低了猪粪生物炭中有效态铜含量。研究结果表明饲料中高水平的硫和磷深刻影响了猪粪及其生物炭中铜的赋存形态。本研究对我们 认识 粪便等有机固废生物 炭进入土壤环境后的重金属行为 及其安全应用 具有重要意义。