目前，中国土壤重金属污染问题日益突出，其中重金属镉污染现象尤为严重。有研究表明，即使在相对少量的情况下，镉也能造成人体肾功能和肝功能紊乱，危害人体健康。生物炭因其发达的孔隙结构和丰富的表面含氧官能团，在土壤重金属钝化方面取得了很好的效果。然而，生物炭对土壤中镉的钝化固定机制较为复杂，有物理吸附作用，有以化学反应为主的离子交换和络合反应，有分子间或离子间的静电引力作用，还有生物炭胶体在固定重金属后的团聚沉降等行为。迄今为止，对生物炭固定重金属机理的研究主要集中在孔径，pH和含氧官能团上，关于生物炭表面负电荷对土壤重金属固定的作用仍然未知。

资环学院积极开展生物炭与土壤修复研究，以镉污染土壤（采自湖南省岳阳市临湘县忠防镇双港村）为对象。在镉污染土壤中分别添加不同条件制备的秸秆生物炭，通过多种手段（XPS、FTIR、Zeta potential analysis等）分析了生物炭表面负电荷的产生原因以及土壤镉固定的影响。研究发现，影响生物炭表面负电荷的因素是灰分、pH、含氧官能团、极性基团和氢键等。其中，pH、含氧官能团和极性基团对表面负电荷具有正效应，而氢键可以减少表面负电荷，而起决定作用的是生物炭表面的羟基含量。上述研究首次探讨了生物炭表面负电荷与土壤中重金属镉的固定关系，对于深入理解土壤中重金属的钝化和去除机制、开发高吸附性的重金属去除材料具有十分重要的意义。

2019年以来，在生物炭与土壤修复研究取得一系列研究成果，其中在环境领域top期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering（IF：6.970）发表2篇（硕士生刘利云和袁胜男分别为论文第一作者，谭中欣教授为唯一通讯作者）；Journal of Hazardous Materials（IF：7.650）发表1篇（谭中欣教授为论文第一和唯一通讯作者）；Journal of Cleaner Production（IF：6.395）发表1篇（硕士生叶志雄为论文第一作者，谭中欣教授为唯一通讯作者）；Science of the Total Environment（IF：5.589）发表1篇（硕士生龚华波为论文第一作者，谭中欣教授为唯一通讯作者）。这些研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。

影响生物炭表面负电荷的因素