你是否想过，每天冲下下水道的废水里，藏着多少“顽固分子”？抗生素残留可能催生“超级细菌”，塑料中的双酚A悄悄干扰人体激素，防水涂层里的PFAS（全氟化合物）“打不烂、煮不化”，连微塑料都跟着水流“周游列国”……这些新型污染物毒性强、难降解，正成为威胁水质安全的“隐形杀手”。怎么高效又环保地清除它们？我国科研团队在《Frontiers of Environmental Science & Engineering》上发表的一篇综述，聚焦一种“变废为宝”的材料——生物炭，为破解这一难题提供了关键思路。

污水里的“四大难题”：传统方法为何“力不从心”？

新型污染物的“顽固”远超想象。以抗生素为例，它们本是治疗疾病的“好帮手”，但未经处理的污水排放后，会在河流、地下水甚至饮用水中积累，不仅可能让细菌产生耐药性，还会通过水产品进入人体，扰乱肠道菌群平衡。双酚A等内分泌干扰物更“狡猾”——它们能模仿人体激素，影响生殖系统发育；PFAS被称为“永久化学物”，其含氟化学键（键能高达488 kJ/mol）比普通碳碳键强得多，常规处理根本“拆不动”；微塑料则像“小海绵”，会吸附重金属、农药等其他污染物，甚至被鱼虾误食，最终端上人类餐桌。

传统污水处理技术对这些“新麻烦”效果有限：抗生素容易残留，PFAS降解后可能生成更毒的短链物质，微塑料更是“打不碎、煮不烂”。这时候，一种“变废为宝”的材料——生物炭，进入了科学家的视野。

生物炭：吸附+催化的“全能清洁工”

生物炭的“身世”很接地气——它是稻壳、秸秆、污泥等生物质在缺氧环境下高温“烤”出来的黑色多孔材料，表面布满微小孔隙，像一块“自带吸附力的海绵”。它的“本事”分两招：一是靠物理吸附，用孔隙“困住”污染物；二是当催化剂，激活过硫酸盐等氧化剂，产生强氧化性自由基，把污染物“拆成碎片”。

针对不同“顽固分子”，生物炭还有“定制化”策略：

• 对付抗生素：生物炭的孔隙能像“筛子”一样拦截抗生素分子，表面的羟基、羰基等基团还能通过氢键、π-π相互作用（类似“分子手拉手”）把抗生素“粘”住。更厉害的是，它能激活过硫酸盐，产生硫酸根自由基，把抗生素彻底分解——实验中，一种香蕉茎秆制成的生物炭25分钟就能降解100%的磺胺甲恶唑。
• 降解内分泌干扰物：氮掺杂改性的生物炭效果最突出。比如用豆渣制成的氮掺杂生物炭，表面的吡咯氮（一种含氮结构）能像“钩子”勾住双酚A，再联合过硫酸盐产生的自由基攻击其苯环，120分钟就能100%去除双酚A。
• 吸附PFAS：PFAS的氟碳键太稳定，直接降解难，吸附更稳妥。一种含季铵盐的生物炭能通过静电吸引和疏水作用，同时吸附99.7%的PFOS（全氟辛烷磺酸）、98.3%的PFOA（全氟辛酸），甚至能重复使用四次。
• 捕捉微塑料：生物炭的多孔结构和表面电荷像“胶水”，能粘住聚乙烯、尼龙等微塑料。实验中，一种磁性生物炭处理聚苯乙烯微塑料，吸附容量高达736 mg/g，3分钟就能去除97%。

从实验室到实际：还有哪些“卡脖子”问题？

尽管生物炭在实验室里表现亮眼，但要真正用在污水处理厂，还有几个“坎”要过。首先是“二次污染”风险——吸附了污染物的生物炭如果处理不当，可能在环境中再次释放污染物；其次是“成本关”，虽然生物炭原料便宜（如稻壳、污泥），但改性（加氮、金属等）和回收（如磁性分离）的成本还需优化；最后是“适应性”，实验室水质单一，实际污水成分复杂（含腐殖酸、重金属等），可能和污染物“抢位置”，影响吸附效果。

未来：更“聪明”的生物炭，更绿色的治水

论文指出，未来的生物炭研究可以往三个方向发力：一是开发“多功能生物炭”，既能吸附又能降解，还能适应不同pH和水质；二是用人工智能模拟优化生物炭的结构和配方，比如通过分子动力学模拟预测吸附位点，提高效率；三是关注“生命周期评估”，从原料收集到生产、使用、回收，全程减少对环境的负担。

或许不久的将来，我们能看到这样的场景：用秸秆、稻壳“变”出的生物炭，在污水处理厂里“大显身手”，把抗生素、微塑料等“顽固分子”一一解决，让污水变清，让生态更安全。

来源: FESE Message