炭化条件对黑沙蒿生物炭产率的影响

【目的】研究炭化温度、炭化时间和升温速率对沙蒿制备生物炭产率的影响,为沙蒿生物炭的应用提供依据。【方法】通过无氧炭化法,研究不同炭化温度(300,400,500,600,700,800和900℃)、炭化时间(5,15,30,60,90和150min)和升温速率(50,100,150,200和250℃/h)对沙蒿生物炭产率的影响,用傅里叶变换红外光谱仪获得红外光谱图,并据此分析生物炭产率变化的原因。【结果】沙蒿生物炭的产率随着炭化温度升高、炭化时间延长和升温速率的增加而降低。温度从300℃升高至900℃时,生物炭产率降低了75.47%,其中由300℃升高至400℃时降幅最大,为31.90%。由红外光谱图可知,沙蒿生物炭中官能团较炭化前发生变化,主要是由于物料中纤维素或半纤维素、脂肪组分和木质素等组分发生分解和转化;600℃下,炭化时间从5min延长到150min时,生物炭产率降低了6.68%;升温速率从50℃/h增至250℃/h时,生物炭产率降低了5.34%,炭化时间延长和升温速率的升高使木质素在整个生物炭分子中的比例下降,从而使生物炭产率下降。【结论】生物炭产率与炭化温度、炭化时间和升温速率均呈负相关,且炭化温度能够最大程度地影响生物炭产率;造成生物炭产率降低的原因是物料中各组分在不同炭化条件下相继分解和转化。     

生物质原料及炭化温度对生物炭产率与性质的影响

本研究以竹片、山核桃壳、水稻及油菜秸秆等4种生物质为原料,通过热重分析研究各生物质材料性质与热解特性及生物炭产率之间的关系;并在300～700 ℃下热解6 h制备生物炭,分析生物炭的元素组成及官能团结构。结果表明,在低温段（300～400 ℃）,生物质材料中的纤维素、木质素等组分对生物炭产率影响较明显,木质素含量高的材料产率较高;而400 ℃以上则是灰分含量对生物炭产率影响较大,水稻及油菜秸秆由于灰分含量高,其400 ℃以上的生物炭产率高于竹片及山核桃壳。随着炭化温度的升高,生物炭灰分含量增加,无灰基的碳含量增大,稳定性增强;仅水稻秸秆炭由于灰分含量较高,在高温（500～700 ℃）条件下仍有部分含氧官能团存在。综上,生物炭在一定温度下的产率取决于生物质材料来源,而生物炭的稳定性则主要由炭化温度决定,且温度越高,性质越稳定。     

炭化温度和时间对葡萄枝条炭和棉杆炭特性的影响

为探索适宜于农业应用的葡萄枝条炭与棉杆炭生产条件,将剪短的葡萄枝条和棉花秸秆在不同温度(300℃、450℃、600℃)与时间(1h、2h、4h、6h)组合条件下置于马弗炉中缺氧炭化,测定炭化后2种原料的出炭率、理化特性和元素组成,比较分析不同炭化温度和时间下2种生物炭特性和元素组成,评价其农用性质。结果表明:(1)随着炭化温度的升高和炭化时间的延长,葡萄枝条炭和棉杆炭的出炭率逐渐下降,且葡萄枝条的出炭率(33.14%)低于棉花秸秆(38.19%)。(2)生物炭的pH和电导率随着炭化温度的升高逐渐增加:pH均可增加到10以上,葡萄秸秆炭电导率远低于棉花秸秆炭。(3)随着炭化温度的升高葡萄枝条炭与棉花秸秆炭中的有机炭质量分数下降,全量氮磷钾与钙镁质量分数增加,碱解氮质量分数与速效磷质量分数下降;养分质量分数无论增加还是降低,葡萄枝条炭中的质量分数均低于棉花秸秆炭。同时,炭化时间对生物炭中养分质量分数的影响并不明显。可知炭化温度低及时间短条件下生产的生物炭农用性质较优,即棉花秸秆的炭化性能在300℃、1h炭化条件下为最适农用,葡萄枝条在300℃、2h炭化条件下为最适农用;棉杆炭农用特性优于葡萄枝条炭。     

不同动物粪便炭化特性比较

明确动物粪便炭化后物料特性有利于促进农业废弃物多元化利用模式发展。以水稻秸秆(稻秆)为对照物料,初步探讨动物粪便(羊粪、牛粪、兔粪、猪粪)在炭化温度为300、600℃,炭化时间为3、5 h条件下物料的生物炭产率、碳含量、氮含量、pH值以及碳氮比(C/N)。结果表明:羊粪、牛粪、兔粪、猪粪的生物炭产率明显低于稻秆,随着炭化温度提高,各物料生物炭产率下降,在300、600℃分别降低2.64%~9.34%、4.33%~14.7%,且动物粪便生物炭产率的下降比例大于稻秆;同时,提高炭化温度有利于提高动物粪便炭化物料的碳含量、pH值和碳氮比,但物料氮含量降低;对生物炭产率影响不大,能够降低动物粪便物料碳含量,但从整体来看,对氮含量、碳氮比影响不大;改变炭化温度、炭化时间时,羊粪碳氮含量变化幅度最大,pH值变化则最小,而兔粪则正好相反,牛粪、猪粪则介于羊粪、兔粪之间。由结果可知,不同动物粪便特性(碳氮含量、pH值和碳氮比)对炭化温度和时间的响应存在一定差异。     

南疆棉秆生物炭的制备及理化特性分析

以新疆棉花秸秆为原料,研究炭化温度和炭化时间、升温速率对棉秆基生物炭产量和理化性质的影响。选择300℃、400℃、500℃、600℃为最高炭化温度,5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min为升温速率,30 min、60 min、90 min、120min为炭化时间。棉秆生物炭的最高固定碳为63%。原料的热解特性在惰性气体N2保护下进行TG-DTG分析。对棉秆生物炭的元素成分、PH值、固定碳、灰分和碳含量进行研究,同时进行了SEM,FT-IR表征。随着炭化温度的增加,生物炭pH值、灰分含量、碳稳定性及总碳的含量也逐渐增加,而生物炭产量、挥发分、H、O、N、S元素的含量减少。比表面积结果显示高温制备生物炭的孔隙率有所增加,但增加幅度并不大。研究发现加热时间和升温速率对棉秆生物炭性质的影响不显著,炭化温度对棉秆生物炭性质的影响显著。     

蛭石改性水稻秸秆生物炭在土壤中的短期降解

稳定性是生物炭发挥固碳功能的基础,探究生物炭在土壤中的降解特征具有重要的现实意义。以水稻秸秆为生物质原料,在不同炭化温度和蛭石改性条件下制得一系列生物炭,探索其稳定性变化规律,并通过实验室恒温培养试验,研究了蛭石改性和未改性水稻秸秆生物炭在红壤、水稻土中的短期降解行为及其影响因素。水稻秸秆生物炭的碳含量随炭化温度的升高而增加,经蛭石改性后降低了20.3%～32.6%。当炭化温度从300℃升高至700℃时,生物炭的可溶性有机碳(DOC)含量表现为先增后减的变化趋势,在400℃时为最大值,700℃时为最小值。蛭石改性降低了所有生物炭的DOC含量。生物炭的H/C随炭化温度升高而降低,且经蛭石改性后有所降低。与300℃生物炭相比,700℃未改性和蛭石改性生物炭的热损失量分别降低了56.1%和56.8%。蛭石改性使生物炭的热损失量降低14.8%～45.6%。水稻秸秆生物炭的含碳官能团主要由芳香碳、烷氧碳与非取代脂肪烃组成,其中芳香碳含量最高;随着炭化温度的升高,生物炭中的芳香碳含量增加,烷氧碳与非取代脂肪烃含量下降;蛭石改性增加了生物炭中的芳香碳含量。与红壤相比,水稻土中生物炭的碳含量更低;与淹水条件相比,干旱条件下土壤中生物炭的碳含量更低。结果表明,蛭石改性在降低生物炭中碳含量的同时增加了生物炭的稳定性。相比于红壤,生物炭在水稻土中的碳降解速度更快;相比于淹水条件,干旱条件下生物炭的碳降解速度更快。综合来看,蛭石改性为显著影响生物炭在土壤中发生碳素降解的最主要因素,其次为土壤类型,水分状况的影响相对较弱。     

不同热解温度对茭白秸秆生物炭性质的影响初探

为评价茭白秸秆生物炭作为生物炭基肥的潜力,以及为茭白秸秆生物炭在农业土壤中的应用提供理论基础,现以茭白秸秆为原料,探索了不同热解温度对茭白秸秆生物炭性质的影响。结果表明,随着热解温度从300℃升至700℃,茭白秸秆生物炭的生产效率从39.8%降至24.1%;茭白秸秆生物炭的炭化程度和极性增加,其在土壤中的残留时间为308.5～1 204.2年;茭白秸秆生物炭的总碳和总养分(N+P₂O₅+K₂O)含量(wt)分别为61.6%～71.4%和9.7%～10.9%,pH为9.4～10.3,总砷、总铅、总铬的含量分别为9.0～12.7、0～1.5、7.9～74.8 mg/kg,总汞和总镉未检出。参照NY/T 3618-2020的行业标准,热解温度300～500℃条件下的茭白秸秆生物炭性质满足其行业标准要求。     

玉米秸秆炭与炭化温度和时间的关系

[目的]筛选出最适宜炭化温度和时间条件下的生物炭。[方法]以玉米秸秆为生物质炭制作原料,对比研究不同炭化温度(350、450、550℃)和时间(1.5、2.0、2.5 h)制备的玉米秸秆炭的p H、电导率等特性及有机质、氮、磷、钾等元素含量及其间的相互关系。[结果]玉米秸秆炭有机质含量随炭化温度的升高和时间的延长而降低[62.23%(350℃)48.52%(450℃)35.78%(550℃)];在350℃炭化温度下p H随着时间的延长而增大,450和550℃炭化温度下p H基本保持在10左右;电导率随炭化温度和炭化温度的变化不明显,炭化温度350℃对玉米秸秆炭电导率的影响相对较大。玉米秸秆炭中速效钾含量随着温度的升高和时间的延长逐渐增加,全氮和碱解氮则相反,速效磷含量较高,表现出574.53 mg/kg(450℃)493.75 mg/kg(350℃)283.98 mg/kg(550℃)的变化趋势。[结论]350℃(2.5 h)和450℃(2.0 h)制备的玉米秸秆炭的农业利用预期效应较好,农业价值较高。     

热解温度和时间对马弗炉制备生物炭的影响

为总结马弗炉制备生物炭的经验和明晰热解温度和时间对生物炭性质的影响,以玉米秸秆为原料,在不同热解温度(400,500,600℃)和时间(2,3,4,6,8h)交叉条件下,在实验室用马弗炉烧制生物炭,计算生物炭的产率,测定其碳和氮含量,并总结利用马弗炉制备生物炭的经验。结果表明:不同热解条件下,生物炭的产率为11.2%~32.1%,生物炭的碳含量为60.9%~77.3%,全氮含量为1.1%~2.8%,C/N为23.5~71.6。随着热解温度的升高,生物炭的产率降低,400℃时为20.5%~32.1%,500℃时为12.6%~19.4%,600℃时为11.4%~16.8%。随着热解时间的延长,生物炭的产率有降低的趋势。生物炭的碳含量随热解温度升高而增加(400℃时为60.9%~63.2%,500℃时为62.6%~71.8%,600℃时为66.3%~77.3%),随热解时间呈无规律变化。生物炭的全氮含量及C/N随热解时间和温度的变化没有明显的规律。对马弗炉制备生物炭的建议为:(1)烧制生物炭时,使用锡箔纸包裹坩埚外壁,可以防止秸秆被烧成灰,使生物炭的产率保持稳定,但是锡箔纸不可重复使用;(2)热解温度不要超过700℃,当超过700℃时,部分秸秆会被烧成灰,生物炭的产率很低;(3)烧制结束后,关闭马弗炉电源,待炉内温度降低后,再打开炉门,这样可以避免高温生物炭与冷空气的接触。综上所述,马弗炉热解是实验室较低温度下(小于700℃)制备生物炭的一种有效方法。     

不同反应条件下番茄秸秆水热生物炭的理化性质和微观结构变化

为探究炭化温度和裂解时间对番茄秸秆水热生物炭（TSHB）微观结构、理化性质、主要成分及炭化效率的影响,并获得高效的炭化条件,采用低耗能的水热炭化法将番茄秸秆裂解为番茄秸秆水热生物炭。设置3个炭化温度（180、220、260℃）和4个裂解时间（2、4、6、8 h）,共12个处理,研究不同组合的炭化温度和裂解时间对番茄秸秆水热生物炭形貌结构、功能基团、pH值、电导率（EC值）、生物炭成分的影响,并分析番茄秸秆水热生物炭主要成分的变化。结果表明,番茄秸秆多孔且中空的维管束结构有利于水分和热量在番茄秸秆内部的快速传递,增加水热炭化温度能加速破坏番茄秸秆维管束结构和将条状番茄秸秆炭化为颗粒状水热生物炭。番茄秸秆水热生物炭的功能基团主要是脂肪醚C-O、烷烃C-H、饱和脂肪酸酯C-O、胺C-N以及细胞壁基团C-O、C=O、C-N、C-O-C。提高炭化温度可增加番茄秸秆水热生物炭功能基团数量,但炭化温度达到260℃时,明显破坏且大幅度减少番茄秸秆水热生物炭功能基团数量。水热炭化法制备的番茄秸秆水热生物炭为酸性生物炭（pH值5.13～5.33）。在相同的裂解时间下,相较于180℃和260℃炭化温度,22...     

保温时间对不同秸秆生物炭肥料化利用理化特性的影响

试验以水稻、小麦、玉米、油菜和棉花秸秆为研究对象,考察不同保温时间对5种秸秆生物炭的炭产率、组成成分、pH、电导率和孔隙结构的影响,并对不同生物炭理化特性的相关性进行分析。结果表明,保温时间和原料种类对秸秆生物炭肥料化利用的理化特性均有显著性影响(P0.05)。秸秆生物炭产率为41%～61%、碳转化率为53%～65%。保温时间从0 min增加到120 min,炭产率减少而生物炭的固定碳含量增加,pH和电导率增加,孔壁变薄孔径增大。保温时间与秸秆生物炭的炭产率、H、O和挥发分含量呈显著的线性负相关,与固定碳含量呈显著线性正相关。保温时间为60～90 min时,秸秆生物炭的H/C1,芳香化程度较高,性质稳定。生物炭表面光滑,内部具有较大的空腔,且生物炭的pH、电导率较高,挥发分含量低,是一种较好的炭基肥添加剂材料。     

几种生物质热解炭基本理化性质比较

生物炭由生物质材料在无氧或缺氧条件下经高温裂解形成,是土壤改良和废弃物处理的良好改良剂。选取五种生物质原料(大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳和松针,均为农林废弃物),经300、400、500、600和700℃热解2 h,测定其结构及理化性质。研究结果表明,生物炭炭化结构良好清晰;生物质形成生物炭在BET比表面积、T-PLOT微孔容积、p H和阳离子交换量值方面均随热解温度升高而升高,大豆秸秆和玉米秸秆比表面积在700℃时达到最高;平均孔径随热解温度升高有一定程度下降;700℃下水稻秸秆和稻壳形成生物炭具有最高硅含量。除松针炭外,其余各生物炭呈碱性。     

畜禽粪便与秸秆混合热解制备生物炭研究

以牛粪和猪粪为原料,玉米芯秸秆为辅料,采用管式反应器制备生物炭,研究热解温度(200、300、400、500℃)和秸秆添加量(20%、40%、60%、80%)对畜禽粪便生物炭产率和理化特性的影响。结果显示,随着热解温度的升高,混合料生物炭产率降低,挥发分含量逐渐降低,而灰分含量、pH、全磷和全钾含量均呈递增趋势,全氮含量呈先增后减趋势;添加秸秆有利于改善畜禽粪便生物炭的pH,调节养分含量;秸秆添加量为20%时,牛粪秸秆混合生物炭的孔隙特性在400℃表现最好,猪粪秸秆混合生物炭的孔隙特性较差。牛粪秸秆混合生物炭相比猪粪秸秆混合生物炭有更好的炭产率、pH和孔隙特性,其较好的孔隙特性有利于其作为吸附剂等使用,猪粪秸秆混合生物炭具有更好的养分特性,可作为磷肥生产辅料或土壤改良剂使用。     

不同温度蔗渣基生物炭对辣椒产量及氮肥利用率的影响

通过辣椒田间试验研究在不同的炭化温度下,蔗渣基生物炭对辣椒产量和氮肥利用率的影响。结果表明,炭化温度分别为300、500、700℃下蔗渣基生物炭可增加辣椒产量3.5%~11.7%,其中500℃蔗渣基生物炭增产11.7%;300、500℃蔗渣基生物炭辣椒地上部氮吸收量比全化肥处理分别提高6.3%和16.5%,氮肥利用率分别提高2.4个百分点和6.3个百分点;比习惯施肥分别提高4.9个百分点和8.8个百分点。     

温度梯度对秸秆炭化物质产率及特性的影响

在300～700℃温度区间,玉米秸秆、水稻秸秆以每100℃为间隔,大豆秸秆以200℃为间隔,研究炭化热解,量化对比产物。结果表明,秸秆热解炭比表面积、总孔容积、pH和碱式官能团随温度升高而增加,孔径和酸式官能团随温度升高而降低;热解液随热解温度升高,酸度降低;热解气中氢气和甲烷含量随温度升高而增加。热解温度平均每升高100℃,热解炭产率平均减少9.31%,热解液产率平均增加4.55%,热解气产率平均增加4.35%。玉米秸秆热解炭、热解液和热解气产率拐点分别为600、611和666℃,水稻秸秆热解炭、热解液和热解气产率拐点分别为666、600和666℃。量化参数可为优化秸秆炭化工艺提供技术支持。     

水稻秸秆生物炭和猪粪生物炭对镉的吸附性能

以猪粪和水稻秸秆为原料,在300 ℃和600 ℃的条件下制备生物炭,研究其对Cd²⁺的吸附性能,分析溶液初始pH值、吸附时间和Cd²⁺浓度对吸附的影响。结果表明:溶液初始pH值对生物炭吸附Cd²⁺有影响,当pH值从2.0升高至7.0时,生物炭对Cd²⁺的吸附量表现为先升高后趋于稳定。生物炭对Cd²⁺的吸附过程可以用准二级动力学方程较好地拟合(R²>0.99)。水稻秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附约4 h达到平衡,而猪粪生物炭吸附对Cd²⁺的吸附约6 h达到平衡。生物炭对Cd²⁺的等温吸附过程可用Langmuir方程较好地拟合(R²>0.95),生物炭对Cd²⁺的吸附量随着热解温度的升高而增加,600 ℃制备的水稻秸秆生物炭的吸附量最大,达到59.84 mg·g^-1。     

棉秆炭对灰漠土活性有机碳氮的影响

【目的】研究棉秆炭炭化条件对灰漠土土壤基本理化性质和活性有机碳氮的影响,为西北干旱区棉花秸秆生物炭在灰漠土土壤上改良和应用提供理论依据。【方法】采用室内恒温培养法,研究棉秆炭定量施入对灰漠土土壤基本理化性质和活性有机碳氮的影响。【结果】添加棉秆炭提高了土壤pH值、电导率和有机碳含量,相比CK处理分别提高了1.48%~2.65%、25.62%~39.61%和54.99%~213.09%;T₄H₀、T₄H₄、T₆H₀、T₆H₂和T₆H₄ 处理土壤微生物量氮较CK处理含量增加了67.73%、9.38%、95.49%、5.21%和6.90%,添加棉秆炭降低了土壤微生物量碳和CEC(T₄H₀除外)27.89%~49.50%和0.08%~5.12%,T₄H₁、T₆H₁、T₆H₄处理提高土壤可溶性有机碳总含量,其他处理降低了土壤可溶性有机碳总含量;随着炭化温度和炭化时间的增长,土壤pH值增加。炭化时间一致,炭化温度升高,降低土壤CEC、有机碳含量,提高土壤微生物量氮、可溶性有机碳含量,炭化处理间炭化时间过短或长(0.5、4 h)提高土壤微生物量碳。炭化温度高时(600℃),炭化时间影响土壤pH值和有机碳含量。【结论】低温短时间(450℃,1 h)制备的棉秆炭对灰漠土理化性质和活性有机碳氮变化影响较好,是较适宜的炭化处理。     

花生壳基生物炭对生菜镉吸收和土壤pH的影响

该文主要研究了花生壳生物炭对生菜镉吸收和土壤pH的影响,结果表明:花生壳基生物炭随着用量的增加,可使生菜产量增加9.7%~46.2%;生菜对Cd的吸收降低8.4%~38.4%;土壤有效态Cd的含量降低7.0%~23.7%;土壤pH值提高0.09~0.67个单位;花生壳基生物炭随着炭化温度由300℃提高到700℃,对降低生菜吸收Cd和提高土壤pH效果更显著,降低生菜地上部Cd含量21.8%~32.7%;降低生菜根系Cd含量17.0%~30.9%;提升土壤pH值0.49~0.94个单位。     

炭化温度对艾纳香生物炭理化性质的影响

炭化温度是实现艾纳香加工废弃物转化成生物炭的重要因素。本文研究了炭化温度对艾纳香生物炭理化性质的影响,以期为艾纳香生物炭的利用奠定基础。本研究对比了300、500和700℃对艾纳香生物炭产率、比表面积、形貌特征、表面矿质组成及红外光谱特征等理化特性的影响。温度对艾纳香生物炭产率和理化特性影响较大,当炭化温度为300℃时,其产率最高,为45.52%,而且所产生的生物炭保有生物质炭应有C、O为主体;但当温度进一步升高时,其主体结果呈现片状、簇状脱落,直至其主体结构崩解,其C、O元素含量逐渐降低,Na、Mg、K、P、Cl等矿质元素逐渐提高;其来源于糖类、蛋白质、核酸等物质的羟基(-OH)、N-H基、C=O、-COOH等基团逐渐裂解消失,形成-C-C-、Si-O-Si等基团。300~500℃是艾纳香生物炭的最佳炭化温度,在该温度下制备形成的艾纳香生物炭不仅保持了生物炭所特有的比表面积大、多孔等共有形貌结构特征,还保护了艾渣中的C、O结构主体及K、Ca、Mg等矿质元素。     

热解温度对油菜秸秆炭理化特性及孔隙结构的影响

以农业废弃物油菜秸秆为原料,采用低氧升温炭化法,在不同热解温度(300,400,500,600,700℃)下分别炭化2 h,制备生物炭,收集并测定固体产物生物炭特性及孔隙结构。结果表明,随着热解温度的升高,油菜秸秆生物炭p H值逐渐增加,当温度达到400℃及400℃以上时呈碱性甚至强碱性。热解温度高于400℃时,油菜秸秆生物炭的矿质元素含量相对富集,表面碱性含氧官能团增加、酸性含氧官能团减少。阳离子交换量在400～500℃条件下达到较高水平,为77.39～80.00 cmol·kg-1。红外光谱表明,热解温度高于300℃时,油菜秸秆的芳香基团开始形成。随着热解温度的升高,油菜秸秆生物炭的比表面积和比孔容均是先变大后变小,在400～500℃条件下孔隙结构的发育和孔体积的形成比较好,具有较大的比表面积和比孔容,生物炭产出率相对较高,养分损失少,生物炭的理化性能、养分利用及孔隙结构均达到最优。