A guide to my research
从技术原理与现实问题说起
秸秆等生物质中含有纤维素、半纤维素和木质素。水热碳化（HTC）是在密闭体系中，以水为反应介质，通过加热使这些组分发生转化，得到富碳的固体材料——水热炭。文献中常见的处理温度约为 180–250 °C，具体条件会随原料和目标性能变化。
这一过程能处理含水生物质，通常不必先把原料完全干燥。温度、反应时间和原料组成会影响产物性质。因此，研究不只是“把废物变成炭”，还要弄清怎样的制备条件，能得到适合目标用途的材料。水热碳化技术综述 ↗
与我的研究的联系：我关注水热炭材料制备与工艺优化，并进一步研究材料改性、微生物固定化及其在重金属污染土壤中的应用。上述温度范围是一般技术背景，不是对我具体实验条件的描述。
重金属污染土壤修复的一个思路，是通过材料作用改变金属在土壤中的存在形态，使其更不容易迁移或被生物吸收。这里的“固定”或“钝化”，并不等于把金属从土壤里移除。
水热炭的表面性质，以及与矿物或微生物的组合方式，会影响修复表现。已有盆栽研究同时考察了改性水热炭对土壤性质、镉有效性和细菌群落的影响。这也说明，评价材料时，需要把化学变化和生物响应结合起来。相关实验研究 ↗
我具体观察什么：结合吸附、盆栽、土柱淋溶和形态分析，关注污染物迁移与有效性的变化，再通过微生物分析理解协同作用。目标是说明材料在什么条件下有效，以及效果如何得到验证。
“双碳”指碳达峰与碳中和。碳达峰关注二氧化碳排放达到峰值后逐步下降；碳中和关注排放与移除之间的平衡。我国提出 2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和，相关政策将节能、能源结构调整、资源循环利用和生态碳汇纳入绿色低碳转型。中国政府网政策原文 ↗
在工程场景中，讨论如何减排之前，需要先回答：核算哪些活动、数据从哪里来、排放主要产生在哪些环节。基于这些信息，才有条件比较工艺优化、能源替代或资源回用等方案。
在明确边界内整理活动数据与排放因子，估算排放。
结合能源、物料和处理过程，寻找可以改进的环节。
关注林草等生态系统吸收和储存碳的作用。
我的研究与实践如何衔接：材料研究侧重废弃物资源化和修复用途；低碳水处理与交通课题侧重工艺、清单和系统边界；企业核查与碳汇调研提供工程场景经验。材料具有应用价值，不代表其天然“零碳”，整体环境收益还需要结合制备能耗、使用效果与生命周期进行评价。
01 Research focus
围绕具体环境问题，组织材料、实验与分析
关注生物质废弃物向修复材料的转化，以及水热炭、微生物与重金属污染土壤之间的作用关系。
如何通过材料制备与微生物固定化改善修复过程，并结合重金属形态和微生物响应分析作用机制。
材料制备与工艺优化、吸附实验、盆栽及土柱淋溶、BCR 连续提取与微生物分析。
相关课题：协同修复围绕水处理过程的资源循环与运行优化，参与低碳水资源循环技术研究的申报与交流支持。
活性污泥数学模型、智慧曝气与加药，以及膜处理等技术在低碳水资源循环方案中的衔接。
项目文本与研究方案材料整理、申报支撑、中英文沟通及国际学术交流协调。
相关课题：低碳水循环面向交通基础设施，参与生命周期碳源梳理和弃方资源化相关研究方案，关注碳核算边界与生态功能区条件。
建设、运行与拆除等阶段的物料和能量清单，以及水源涵养、水土保持等功能区的适配性设计。
已保留生命周期研究材料；弃方资源化申报书明确列有生态功能区适配性设计分工。
相关课题：生态适配Master’s thesis
以法桐落叶为原料制备水热炭（PHC），从铬污染土壤中筛选耐受真菌 Talaromyces sp. EM，构建炭基微生物菌剂（PHC-EM）。围绕“材料如何制备、菌体如何固定、修复效果如何验证”开展研究，连接园林废弃物资源化与重金属污染土壤的稳定化修复。
论文以铬污染土壤为对象，关注重金属的可浸出性及迁移风险。单一材料的固定能力、游离菌的存活与环境适应性均可能限制修复效果，因此研究重点是让材料与微生物形成协同作用，而非仅增加材料投加量。
法桐落叶是城市绿化中常见的生物质废弃物。研究利用水热碳化将其转化为具有孔隙和表面官能团的载体，再负载来自污染土壤的耐铬真菌，尝试同时发挥材料固定、菌体附着与微环境调节作用。
58.10mg/g
PHC-EM 在 24 h 时达到 58.10 mg/g，PHC 为 35.89 mg/g，提升约 61.9%。条件：初始 Cr 100 mg/L、pH 3、投加量 1 g/L。
35.88%
单一铬污染土壤、1% 添加量下，PHC-EM 为 35.88%，PHC 为 17.94%，提高 17.94 个百分点。
59.34%
单一铬污染、植物 + 1% PHC-EM 处理组在第 21 天达到 59.34%；第 49 天为 53.05%。
将落叶粉末与去离子水按固液比 1:15 混合，设置 180、200、220、240、260°C 五个水热制备温度，比较材料结构和界面性质。
结合比表面积与孔隙分析、SEM、XRD、FTIR、Zeta 电位和热重分析，综合评价孔结构、表面官能团与稳定性，选择 220°C 样品作为后续载体。
从铬污染土壤分离、纯化并梯度驯化耐受菌株，鉴定得到 Talaromyces sp. EM；采用水热炭吸附负载与海藻酸钠–聚乙烯醇包埋，构建 PHC-EM 菌剂，并考察 4°C 下 28 天的储存稳定性。
通过 pH 2–8 条件比较、0.5–24 h 吸附动力学及 15、25、35°C 等温吸附试验，拟合拟一级、拟二级及 Freundlich、Langmuir、Sips 模型，分析吸附速率与容量特征。
盆栽试验设置材料添加量、菌剂复配、植物响应和复合污染四类处理，每组 3 个平行重复，持续 49 天、每 7 天取样。植物组种植甜菜；单一污染目标为 Cr 250 mg/kg，复合组另含 Pb 300 mg/kg、Ni 150 mg/kg。
土柱试验采用约 5 kg 污染土壤和去离子水淋溶，设置对照、PHC、PHC-EM 与复合污染处理；连续 70 天、每 5 天采样，跟踪淋出液 pH、电导率和金属浓度，评价迁移释放风险。
按论文采用的 TCLP 浸提方法评价铬可浸出性，以对照与处理组浸提液浓度差计算固定率；结合 CEC、SOM 与 BCR 连续提取，区分弱酸提取态、可还原态、可氧化态和残渣态。
利用宏基因组数据比较群落组成，结合 KEGG 与 BacMet 注释考察代谢、跨膜运输、金属稳态与胁迫适应等功能潜力，为解释炭–菌–土协同作用提供依据。
本研究将法桐落叶资源化利用与重金属污染土壤修复相结合，为园林废弃物转化为功能性修复材料提供了可行的实验路径，体现了“以废治污、资源循环”的研究价值。构建的水热炭–微生物协同体系展现出增强铬固定、降低可浸出性和控制迁移风险的应用潜力，为污染土壤稳定化与生态风险管控提供材料选择与技术思路，并为后续修复产品开发、工艺优化和场地中试提供实验依据，推动生物质资源化与土壤修复技术的衔接。
数据来源：毕业论文第 4.2.6、5.2.3、5.2.4 节（正文第 41、48–49 页）；方法与研究边界见第 2、8 章。
02 Research projects
5 项课题 + 1 项申报方案 · 点击展开
围绕材料制备、协同修复与低碳实践，展示课题研究内容、个人分工和研究申报方案。
围绕“水热炭—矿化材料—土壤细菌”三者协同固铬，比较反应温度、停留时间和料液比对材料性质的影响，优化矿炭配比与结合方式，探究土壤细菌参与下的共代谢、解毒与物质传递过程。
项目路线结合批次吸附与模型拟合、SEM/XPS/XRD 等表征、抗铬细菌培养与代谢分析，建立制备条件—材料性质—协同固持效果的关联，为复合修复材料设计提供依据。
作为主要研究人员，承担协同作用理论模型建立相关研究，围绕材料理化特性、矿炭相互作用与固铬能力开展关系解析；参与选题论证、文献梳理和实验技术路线整理，将研究问题细化为可分析的变量与作用路径。
个人工作连接材料实验与机制解释，为比较不同制备条件下的协同固持效果、筛选关键影响因素及优化复合材料设计提供理论分析支撑。
以秸秆等农业废弃物高值化利用为切入点，研究水热炭制备关键参数、重金属吸附固持机制及土壤微生物响应，将农业废弃物资源化与污染土壤治理相结合。
任务书设置制备参数优化、吸附动力学与等温线分析、材料结构表征及微生物代谢研究，比较水热炭与金属的物理吸附、化学吸附和表面配位作用，关注土壤质量与材料稳定性。
作为主要研究人员，参与材料制备与工艺优化、微生物固定化及土壤修复实验，研究工作覆盖吸附、盆栽、土柱淋溶、BCR 连续提取与微生物分析；结合实验现象与指标变化梳理修复机制，并整理结题和成果材料。
参与形成结题报告，以第一作者发表相关综述论文，并作为第一发明人申请水热炭微生物固定化材料专利，将实验研究、机制归纳与成果凝练相衔接，为修复材料筛选和技术方案优化提供支撑。
围绕水处理过程的节能降耗与资源回用，研究方案结合活性污泥数学模型、智慧曝气与加药、膜处理等技术，探索污染物去除、运行调控与水资源循环之间的协同关系。
以过程建模支撑运行参数分析，将曝气、加药与膜处理等工艺纳入研究方案，结合国际合作交流梳理技术思路与实施路径。
承担申报文本、项目计划书及学术交流材料整理，参与外籍专家接待和中英文沟通，协助衔接研究团队与合作专家的技术交流需求。
在技术研究与项目组织之间发挥协调作用，将分散的研究内容整理为结构清晰的申报与汇报材料，为合作沟通和研究方案推进提供支撑。
围绕高速公路建设、养护、改扩建、运行和拆除阶段，研究各阶段碳源构成及排放关联，建立贯穿基础设施全生命周期的碳排放分析思路。
明确各阶段系统边界，梳理材料消耗、能源使用和运输活动，构建物料流与能量流清单，为碳排放核算及关键排放环节识别提供数据框架。
参与高速公路生命周期碳排放课题，围绕碳源识别、系统边界与清单构建开展研究内容梳理。
将交通工程活动与碳核算逻辑相衔接，为后续清单完善、核算方案细化及减排环节筛选提供研究思路。
围绕高速公路建设弃方的资源化利用，研究弃方分类检测、改良利用与生态恢复的衔接，兼顾水源涵养、水土保持、生物多样性保护和农田保护四类功能区的差异化需求。
以弃方性质与功能区需求的匹配为主线，结合服务区场景梳理材料适用条件和生态恢复目标，形成分类利用与适配性设计思路。
在项目申报中承担生态功能区适配性设计分工，结合服务区条件与不同功能区的保护需求，参与资源化利用方案的研究与整理。
将资源化利用与生态保护要求相衔接，为弃方利用场景选择及恢复方案设计提供针对性的环境工程分析。
面向 Cd/Pb/As 等复合污染，拟研究水热炭负载功能菌如何调节土壤微环境，以及不同微生物如何通过协作形成共同抵抗金属胁迫的网络，解释修复效果的稳定性与可调控性。
拟结合土壤培养、pH/Eh/溶解性有机质与金属形态监测、宏基因组—宏转录组—代谢组分析、互作网络建模及合成群落重构，连接环境变化、微生物协作与修复功能。
我的既有研究涉及水热炭制备、功能微生物固定化、重金属形态分析及土壤微生物响应，形成了从材料构建到土壤修复效果评价的实验经验，与该方案关注的材料—微生物—土壤作用关系相衔接。
该方案进一步从单一材料与菌株作用拓展到微生物共抗网络，拟通过关键物种识别、多组学解析与群落重构验证作用机制，为复合污染土壤的风险降低和生态功能恢复提供研究依据。
International Journal of Environmental Research · 20, 12 (2026)
围绕生物炭与微生物协同修复，梳理重金属固定、土壤性质改善和可持续农业应用的研究进展。
查看期刊原文DOI: 10.1007/s41742-025-00959-5
申请人：山东建筑大学
以水热炭为载体构建微生物固定化材料，围绕材料制备、菌体负载及其应用提出技术方案，衔接生物质资源化与污染土壤修复。
申请人：山东省交通规划设计院集团有限公司
面向高速服务区污水处理，将折流池、生物膜与曝气装置结合，通过多反应区延长污水停留与反应时间，并结合监测与反馈调控，针对油脂去除及运行稳定性提出装置方案。
申请人：山东新松工业软件研究院股份有限公司、山东建筑大学
整合园区企业能源消耗、工业过程与交通运输数据，分别核算后汇总碳排放，并分析来源与变化趋势、生成报告。系统涵盖数据采集、计算、整合和分析模块，衔接园区碳核算与管理需求。
