生物炭（biochar）是生物质在缺氧和高温（通常<700℃）条件下热裂产生的固态物质，具有较大的含氧官能团、孔隙度和比表面积，是一种环境友好的吸附材料。生物炭在土壤修复、固碳与温室气体减排、环境修复等方面具有广阔的应用前景，为废弃物的资源化及环境污染修复提供了新的思路。重金属污染沉积物修复技术主要包括自环保疏浚、自然恢复技术和原位遮盖技术。针对高污染、高风险沉积物主要采用环保疏浚法将受污染沉积物从水环境移除。但是疏浚易造成污染物的二次污染、费用高等缺点。自然恢复技术和原位遮盖技术处理效果较低。所以，针对难生物降解的重金属污染沉积物，研发一种高效、低耗和安全的原位修复技术具有重要的现实意义。主要研究内容和结果如下：

     （1）确定毛竹生物炭最佳制备条件，热解温度为450℃时，微量O2气氛促进生物炭对Cd2+和Pb2+吸附，定量分析了生物炭各组分对水体中重金属吸附的贡献量。

选取我国广泛生长的毛竹为原材料制备的生物炭，通过生物炭吸附水体中Cd和Pb实验，采用4因素4水平正交试验，确定生物炭最佳制备条件为确定最佳的制备条件：热解温度700℃，热解时间2h和热解气氛为1%氧气。低温热解的过程（450℃，O2为4%），促进生物炭表面矿物灰分增加，毛竹生物炭对Cd2+和Pb2+吸附容量分别达到40.65 mg g-1和13.14 mg g-1。低温热解条件下，氧含量达到4%时，水体中71.7%的Pb2+去除主要通过矿物质与Pb2+共沉淀作用；水体中82.6%的Cd2+去除主要通过Cd2+与π电子的配位作用。生物炭的热解气氛O2含量的增加可以促进生物炭对重金属的修复容量增加，但两种重金属去除机理存在差异性。

      （2）重金属污染沉积物添加5%~15%（w/w）毛竹生物炭，能有效地将Cd、Cu、Ni、Pb和Zn向稳定态转化，降低重金属生物有效态含量（DGT-Metal）和生物富集含量。

毛竹生物炭应用于重金属污染的沉积物修复实验表明，毛竹生物炭能有效地将Cd，Cu，Ni，Pb和Zn的酸溶态（F1）和可还原态（F2）转化为重金属的残渣态（F4），沉积物中重金属的固定机理是生物炭表面络合和化学沉淀作用。15%（w/w）含量的生物炭添加促进沉积物中Cu、Pb、Ni、Zn、Cd和Cr的F1含量降低，降低率分别为79.71%、73.20%，54.86%、49.75%、31.16%和0.99%。基于DGT技术分析，毛竹生物炭能够降低沉积物中Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的生物可利用态含量的86.07%、62.74%、44.70%、98.07%和72.87%。同时、底栖生物Limnodrilus hoffmeisteri对Cu、Pb、Ni、Zn和Cd的生物累积作用降低18.45%-59.15%。

     （3）毛竹生物炭能有效降低沉积物扰动后Cd、Cu和Zn向上覆水的释放通量，降低上覆水和表层沉积物中DGT-Metal含量。

沉积物扰动后，添加生物炭量超过2%（w/w）时，上覆水生物有效态DGT-Ni和DGT-Pb含量分别为11.52 ug L-1和10.42 ug L-1。生物炭添加量达到10%（w/w）时，与扰动空白组相比，DGT-Cd和DGT-Pb去除率分别达到90.78%和94.20%。当生物炭添加为10%（w/w）时，生物炭层内DGT-Cd，DGT-Cu和DGT-Zn分别达到0.53-0.81ug L-1、3.18-5.92 ug L-1和33.21-64.25 ug L-1。生物炭添加使得沉积物-上覆水DGT-Cd、DGT-Cu和DGT-Zn形成负扩散通量，最大值分别达到-0.51、-10.87和-111.57 μg(m2 d)-1。

     （4）毛竹制备的生物炭重金属本底值低，毒性浸提液对大型溞、发光细菌和小球藻基本无急性毒性；生物炭添加量超过10%（w/w）时，可能会对水丝蚓生长率、繁殖率和脂类含量造成抑制作用。

重金属本底值含量低，Cu、Pb和Zn，含量分别为1.82~3.26、1.17~3.53和6.26~8.47 μg kg-1，其它类型重金属未检出（检出限0.01μg kg-1）。浸出液急性毒性表明生物炭对大型溞、发光细菌和小球藻3种指数物种最大抑制率分别为6.67%、11.34%和6.47%。水丝蚓沉积物毒性试验培养实验表明，当生物炭含量增加达到15%（w/w）时，水丝蚓生长率、繁殖率和脂含量出现抑制作用，分别为初始值的102.9%、126.7%和82.1%。