1. 国内外水环境污染背景
水是生命之源，是人类生活中不可缺少的一部分。由于巨大的人口发展、工业活动和城市化的影响，人类的水资源正在逐步受到污染。水体污染主要来源于工业废水、城市生活污水以及农村污水的排放。由于人类活动对现有淡水资源不同类型的污染，患与水有关疾病的人不断增加。重金属的废水排放不达标，不仅浪费了金属资源，对经济效益造成影响，还对生态环境构成了严重威胁。
重金属废水主要由冶金、采矿和化学工业等人类活动所产生。重金属在水中是稳定的、易溶的并可通过水运输，植物吸收处理不当的重金属废水后，重金属经食物链传递，会对人和环境不利。铬是一种典型的重金属污染物，可来源于化工生产和采、选矿等行业。铬污染是持久的，铬存在形式决定其有害性。金属铬和三价铬对人无害，而六价铬积累在肝、肾脏和内分泌系统会引起肾脏损害、皮肤感染、内出血和呼吸系统问题。
2. 重金属废水处理的技术研究现状及进展
治理重金属污染的方法有化学沉淀法、生物法、离子交换法、结晶法和吸附法等。
化学沉淀法通过向废水中添加铝盐、铁盐、钙盐等金属盐或其他化学试剂，与废水中的重金属发生化学反应生产沉淀物质，从而达到治理重金属的目的。该法虽有着较高的重金属治理效果，但是产生的污泥多且难以利用和处理，添加的化学试剂还会造成二次污染，除去的重金属回收困难，对pH值有一定要求，需要使用大量的助沉试剂。
生物法是一种利用细菌在厌氧和好氧环境下交替作用的过程，通过吸收和氧化分解有机物质，同时吸收重金属离子，降低污水和土壤中重金属均属含量，将剩余污泥排出，实现去除重金属效果的方法。生物法处理重金属效果好，但附在细菌上重金属脱除比较困难，容易造成二次污染，而达不到持久处理的目的。
离子交换法是基于离子交换树脂进行分离的技术。在处理污水中的重金属时，通过离子交换树脂将污水中的重金属离子置换再生获得含重金属的溶液。离子交换法成本较高，选择性差，交换容量小，离子交换树脂受溶液中的有机质影响较大。
结晶法是通过添加晶种与重金属结合，将重金属以晶体的形式析出并聚集达到重金属去除的目的。结晶法不适合用于重金属初始浓度低的溶液，对晶种的质量和重金属初始浓度要求高。
吸附方法按吸附机理可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由分子之间的吸引力引起的，通常称为范德华力，并且物理吸附可以发生在任何固体表面上。化学吸附是由于吸附剂分子与固体表面原子或分子之间发生电子转移、交换或共享而形成吸附化学键。与其他重金属处理技术相比，吸附法成本低、操作简单，几乎无二次污染，对低浓度重金属的处理效果较高，重金属可回收，符合可持续发展战略，且吸附法既可单独使用也可同其他方法联合使用。因此，吸附法处理重金属具有良好的发展前景，受到众多学者关注，对其研究也不断深化。
3. 生物炭处理重金属废水概述
生物炭是一种多孔的碳质材料，由生物质原料在低氧或无氧条件下经热化学分解形成。生物炭因其巨大的应用潜力，受到广泛关注。生物炭表面含大量羧基、羟基、醛基等官能团，可用于去除水体中的重金属。通过调节生物炭表面官能团和微观结构来优化吸附。通过改变原料、热化学分解方法及温度、时间来使生物炭的理化性质发生改变，从而影响生物炭处理水体里污染物。
生物炭理化特性在吸附机制起主导作用。它可通过孔结构和重金属离子发生单层吸附或孔内扩散。因此，可通过改性手段增加表面积和孔隙结构，进而提高吸附效果。因磁性生物炭有更多的官能团，更强的静电吸附能力和还原能力，所以其在去除重金属方面的效果更好。与其他阳离子金属不同，Cr(VI)主要以阴离子形式存在。生物炭对Cr(VI)的作用机理可以归纳为静电吸附、离子交换、化学沉淀、化学还原和络合作用。就Cr(VI)而言，除了传统的吸附作用外，磁性生物炭可以通过将铬从高价态还原为低价态来降低其毒性。
生物炭通过化学改性就能显著提高其吸附能力，且生物炭吸附剂通常由天然高分子生物质及其衍生物生产，不会污染周围环境，所以可用生物炭代替活性炭来去除溶液中的重金属污染物。
4. 甘蔗渣的应用现状与发展
广西是我国南方重要的甘蔗产区，而崇左更有“中国糖都”之称，全市甘蔗种植面积常年稳定在400万亩以上，仅2024年产量就达约2100万吨，每年伴随甘蔗加工会产生近200万吨甘蔗渣。当前，崇左对甘蔗渣的回收利用仍处于较低水平，约90%的甘蔗渣要么被随意丢弃在田间、河道，要么被农户简单焚烧处理。大量甘蔗渣长期堆积易滋生蚊虫、污染土壤与水源，焚烧产生的浓烟还会加剧大气污染，成为当地农业生态环境的一大负担。
而甘蔗渣主要由约35.4%纤维素、20.6%半纤维素和18.6%木质素组成，是制备生物炭的优质原料。相较于传统的制浆、造板等利用方式，将甘蔗渣转化为生物炭不仅工艺更简洁，还能最大化发挥其资源价值。甘蔗渣结构疏松多孔，价格低廉易得，富含纤维素、木质素、多糖等，可与重金属离子发生络合、螯合作用，将其用于水中重金属的治理，既能解决甘蔗渣丢弃造成的污染问题，又能为当地污水治理提供低成本、高性价比的吸附材料，形成环保闭环，对推动当地循环农业发展、改善生态环境具有重要意义。
综上所述，本研究以甘蔗渣为原料制备生物炭处理废水中六价铬，通过研究吸附条件对吸附效果的影响，探究其吸附过程中的吸附机理，提高甘蔗渣废弃物的资源综合化利用，实现以废治废，对社会效益、经济发展和环境的可持续发展都具有重要意义，同时，为开发新型生物材料对水体重金属污染的治理提供基础数据和新的思路。
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