烟秆生物质炭热解温度优化及理化性质分析

为了解热解温度对烟秆生物质炭物理和化学特征的影响,将烟秆分别在350、400、450、500、550和600℃条件下热解制备生物质炭,测定烟秆生物质炭的得率、pH值、电导率和比表面积等基本特征,并通过扫描电镜、红外光谱、X射线能谱、X射线衍射和13 C核磁共振等方法分析烟秆生物质炭的成分及结构特征。结果表明:烟秆生物质炭的得率、O含量、H含量和H/C、O/C、(O+N)/C原子比均随热解温度的提高逐渐降低,而pH值、电导率、比表面积和C含量等指标随热解温度提高逐渐增大;得率和pH值在大于500℃时趋于稳定,比表面积和pH值在450℃时均达最大(8.86m2/g和9.98)。此外,随着热解温度的提高,烟秆生物质炭表面的含氧官能团明显减少,矿质元素和表面晶体含量逐渐增大。烟秆生物质炭中K、Al、Ca元素含量较高,分别为28.46~35.47、10.74~35.86和13.15~24.95g/kg;生物质炭的稳定性和芳香化程度随热解温度升高而提高,而整体极性逐渐降低。综合分析,在450℃制备的烟秆生物质炭对农业生产和生态环境的预期效果最好。该研究结果可以为烟秆的资源化利用和烟秆生物质炭在农业生产和生态环境方面的推广应用提供理论依据和技术支持。     

不同烟秆生物质炭施用量对烤烟产质量及土壤理化性质的影响

为研究不同烟秆生物质炭施用量对中低海拔烟区烤烟产质量及根际土壤理化性质的影响,旨在明确中低海拔烟区最佳的烟秆生物质炭施用量,并为今后开展烟秆生物质炭应用提供一定的科学依据和理论支撑。设4个生物质炭施用量(A1:0 g/株、A2:80 g/株、A3:160 g/株、A4:240 g/株)处理,测定不同处理下的农艺性状、经济性状、外观质量、化学成分、土壤理化性质等指标。结果表明:A3处理的株高和产量最高,而A2处理的茎围、最大叶长、最大叶宽、均价、产值和中上等烟比例则最优,且A2处理对优化烤后烟叶外观质量和化学成分效果最为显著。另外,A3处理可提高根际土壤全氮含量,A2处理对全磷、速效氮和速效磷含量方面促进作用明显,A2、A3处理均有较高的全钾含量,但施用生物质炭对根际土壤速效钾含量无显著促进作用。综上,80 g/株的烟秆生物质炭施用对中低海拔烟区烤烟产质量、根际土壤理化性质的改良效果最好。     

不同烟秆生物质炭施用量对烤烟产质量及土壤理化性质的影响

为研究不同烟秆生物质炭施用量对中低海拔烟区烤烟产质量及根际土壤理化性质的影响,旨在明确中低海拔烟区最佳的烟秆生物质炭施用量,并为今后开展烟秆生物质炭应用提供一定的科学依据和理论支撑.设4个生物质炭施用量(A1:0 g/株、A2:80 g/株、A3:160 g/株、A4:240 g/株)处理,测定不同处理下的农艺性状、经...     

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。     

不同制备条件对蒙古栎人工林地表可燃物生物炭理化性质的影响

以蒙古栎人工林新鲜地表可燃物为原料,制备生物炭,研究其产率、元素质量分数、碳组分以及化学性质、速效养分、官能团类型。采用单因素方差分析、最小显著差异法(LSD)分析各指标组间差异性,为森林可燃物资源再利用提供新途径。结果表明：生物炭产率、去灰分净产率随温度升高而下降;但灰分质量分数、氢元素质量分数、氧元素质量分数、稳定性碳质量分数、pH则随温度升高而上升;不同炭化时间时,生物炭碳质量分数、不溶性碳质量分数、铵氮质量分数表现出不同的变化趋势。氮质量分数、阳离子交换量、硝氮质量分数、速效磷质量分数随温度升高呈先上升后下降趋势。与原生物质材料相比,生物炭电导率显著降低,但其随温度升高表现出缓慢上升趋势。生物炭表面的O—H基团随温度升高而降低,而C—H、—COO、Si—O—Si基团随温度升高逐渐消失,C—O—C、C＝C基团随热解温度升高呈先升高后降低趋势。制备过程中的不同温度、炭化时间均影响蒙古栎新鲜地表可燃物生物炭的理化性质,制备温度、炭化时间对各性质及官能团质量分数的影响不同,制备温度对生物炭理化性质影响较炭化时间更明显。     

生物质炭化还田作为土壤改良与循环农业的技术途径分析

循环农业与绿色低碳是生态文明建设的重要途径。生物质炭化还田在土壤改良与循环农业等方面具有良好的发展潜力。土壤中施入生物质炭是通过改善土壤理化性质、提高土壤肥力、修复土壤污染等方式对农业土壤生态系统功能产生影响。围绕生物质炭理化特性及炭化还田改良土壤这一基本途径,系统分析了生物质炭用于改良土壤的研究现状,明确了生物质炭改良植烟土壤所具有的突出优势,提出了生物质炭化还田技术利用模式,探讨了生物质炭在植烟土壤保育和营养管理等方面的潜力。     

热解温度对生物炭理化性质的影响比较研究

本文通过研究总结了不同生物质在不同的热解温度下得到的生物质炭的理化性质的变化,以分析热解温度对生物炭理化性质的影响效果。研究结果表明,不同生物质通过热解得到的生物炭的产率随着热解温度的升高而降低,而其pH值、灰分含量以及比表面积随着热解温度的上升而显著增加,说明,热解温度是影响生物炭理化性质变化的主要因素。     

不同烟秆生物质炭施用量对烤烟生长及病害发生的影响

为研究不同烟秆生物质炭施用量对高海拔烟区烤烟生长及病害发生的影响,以期明确高海拔烟区的最佳烟秆生物质炭施用量,设置了4个生物质炭施用量(A1:0 g/株,A2:80 g/株,A3:160 g/株,A4:240 g/株)处理,测定不同处理和时期下的烤烟生育期、SPAD值、农艺性状、普通花叶病、黑胫病、青枯病的发生情况。结果表明:随着生物质炭施用量的增加,烤烟生育期逐渐延长;农艺性状指标及SPAD值呈先升高后降低的趋势,且以A3处理为最优;生物质炭并不能显著提高烟草普通花叶病抗性,但可大幅降低烟草黑胫病和青枯病的发病率及病情指数。整体而言,施用烟秆生物质炭可促进高海拔烟区烤烟烟株生长和土传病害的防控,其中以A3处理的效果最佳,而生物质炭施用对于烟草普通花叶病来讲并无显著作用。     

热解温度对烟秆生物炭性状及其吸附Cd2+特性的影响

【目的】我国烟草生产中产生的大量烟秆是一个亟待解决的问题，通过热解炭化技术处理制备成生物炭，并表征其理化特性，探求其吸附重金属Cd²⁺特性，从而为烟秆资源化利用需求途径提供数据支撑。【方法】以烟秆作为制备生物炭的原料，分别以300、400、500、600、700℃5个温度热解，通过多种表征技术手段、室内批量吸附试验和吸附动力学试验，研究热解温度、结构特性对Cd²⁺吸附的影响。【结果】不同温度热解烟秆生物炭的性状及对Cd²⁺吸附特征存在明显差异，热解温度从300℃提高到700℃时，pH从9.05增加到11.54;H、O、N含量及H/C、O/C及(O+N)/C的原子比例随热解温度的提高而降低，显现出高温热解的生物炭芳香结构更加复杂而稳定；低温烟秆生物炭的比表面积较大，但高温下表面孔隙结构更为发达。准二级动力学方程和颗粒内扩散方程能很好拟合不同温度烟秆生物炭对Cd²⁺的吸附过程，表明吸附是异质性化学吸附；高温热解烟秆对Cd²⁺吸附能力强，其表面丰富的孔隙结构可增强对Cd^2+...     

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。     

裂解温度及高锰酸钾活化对棉花秸秆生物炭性状的影响

采用不同浓度的高锰酸钾溶液浸渍棉花秸秆在不同裂解温度下制备棉花生物炭,研究了高锰酸钾浓度及裂解温度对棉花生物炭性状的影响。结果表明,不同制备条件下获得的棉花生物炭的产率位于22.22%～47.17%之间,随着裂解温度的升高而降低,而不同生物炭灰分含量（9.99%～28.83%）、pH（9.7～12.1）及比表面积（2.34～167.58 m²·g^-1）随着裂解温度的提高逐渐升高。棉花生物炭中元素以C和O元素为主。高锰酸钾处理会显著提高棉花生物炭pH及比表面积,并使炭表面官能团种类更为丰富。     

我国南方3种主要作物秸秆炭的理化特性研究

以我国南方水稻(D)、棉花(M)和玉米(Y)3种主要作物秸秆为研究对象,研究了400、450、500℃温度下制备的作物秸秆炭的主要理化特性。研究结果表明:生物炭的出产率因热解温度和秸秆种类而异,一般低温出产率高,高温趋于稳定,3种物料灰分含量是DYM;生物炭p H值随热解温度升高而增大,且均呈碱性;比表面积总体上随温度增加而增加;有机碳和总氮含量随热解温度升高而降低,总磷和钾含量随热解温度升高而增加;不同秸秆炭所含官能团基本相同,-OH随温度升高呈减弱趋势,而芳香性结构增加。经综合对比,推选500℃下制备的生物炭较好。     

不同生物质来源生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附特性

以水稻秸秆、小麦秸秆、荔枝树枝为原料,在300、400、500、600℃下制备生物炭,并表征其理化性质,考察热解温度、初始p H、矿物组分等因素对生物炭吸附Pb(Ⅱ)的影响。结果表明,不同热解温度对水稻和小麦秸秆炭吸附Pb(Ⅱ)的影响很小,而荔枝树枝生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附量随热解温度升高而显著增大。在p H3.0~6.0的范围内,三种生物炭对溶液中Pb(Ⅱ)的吸附量呈上升趋势;在25℃时,三种生物炭的等温吸附曲线符合Freundlich吸附模型,荔枝树枝生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附效果最佳。三种生物炭吸附Pb(Ⅱ)的主导机制可能是其与矿物组分的共沉淀作用,而荔枝树枝生物炭还可能存在Pb(Ⅱ)与-OH、-COOH之间的离子交换作用,C=C键中的π电子在吸附过程中也有一定的贡献。     

生物炭制备及其对土壤理化性质影响的研究进展

生物炭作为一种新型的土壤改良剂和吸附剂,近年来成为农业、环境、能源等领域的关注热点。生物炭是通过有机物质在缺氧的条件下热解形成的,不同的原料及生产条件都会对生物炭的性质产生影响。生物炭能够能够改良土壤,改善土壤的容重、总孔隙度和保水性,还可以调节土壤的酸碱度,增强土壤阳离子交换量（CEC）,提高土壤养分。系统总结了生物炭生产方法、理化特性及其对土壤理化性质的影响,为优选生物炭、提升生物炭产品附加值、促进土壤改良提供理论支撑。     

不同种类生物炭对土壤重金属镉铅形态分布的影响

为探讨不同生物炭对土壤镉(Cd)、铅(Pb)复合污染的钝化修复效果,在Cd、Pb复合污染的土壤中施加不同种类、添加量的常见农业废弃物与城市污泥制备的生物炭,分析了土壤中Cd、Pb形态分配的变化,结果表明,添加生物炭可以改变土壤的理化性质,4种生物炭均显著提高了土壤的pH值、阳离子交换量和有机质的含量,与1%添加量相比,4%添加量增加幅度更大,pH、阳离子交换量和有机质含量分别比对照增加了2.7%~11.6%、12.7%~54.3%和252.0%~594.8%。4种生物炭不同程度地降低了重金属的弱酸提取态和可还原物质结合态含量,增加了可氧化物质结合态和残渣态的含量。不同种类生物炭相比,棉花秸秆炭对Cd的钝化效果最佳,其次为玉米秸秆、小麦秸秆和污泥生物炭,其中4%棉花秸秆炭处理下弱酸提取态、可还原物质结合态含量分别下降5.2%、25.5%,可氧化物质结合态、残渣态含量分别增加177.8%、166.7%。生物炭添加同样对土壤中Pb表现出了不同程度的钝化效果,不同生物炭对土壤中Pb的钝化能力表现为玉米秸秆炭小麦秸秆炭棉花秸秆炭污泥生物炭。相关分析表明,添加生物炭导致的土壤理化性质的变化可能是导致土壤重金属形态变化的重要原因。本研究结果表明,施用生物炭可有效改变土壤Cd、Pb赋存形态,促进Cd、Pb由生物有效性高的弱酸提取态、可还原物质结合态,向生物有效性低的可氧化物质结合态、残渣态转化,降低其生物可利用性,从而减轻土壤重金属污染危害。     

生物质炭特性及施用管理措施对作物产量影响的整合分析

【目的】大量研究表明农田施用具有特殊理化性质的生物质炭对作物产量具有显著影响,采用大样本统计方法量化生物质炭自身特性及施用管理措施对作物产量的影响程度。【方法】通过收集全球范围内公开发表的97篇生物质炭施用与土壤改良、作物生长有关的相对独立研究,共获得匹配数据819组。运用数据整合分析方法(Meta-analysis)量化生物质炭自身特性(原料、制备温度、C/N、pH)在人为施用管理(施用量与施用时长)、土壤属性(质地和酸碱度)等条件下对作物产量变化的影响。【结果】统计分析表明,与不施用生物质炭相比,施用生物质炭具有显著的增产效应,作物平均增产15.0%。生物质炭施用的增产效果在不同作物上存在显著差异,经济作物平均增产25.3%,显著高于粮食作物(10.0%)。生物质炭自身特性对作物产量影响显著,当制备温度600℃、pH7、C/N值介于20—300时,均具有显著的增产效果,增产范围为9.2%—26.6%,且增产幅度随着制备温度和其自身C/N值的增加而下降。对于不同质地和酸碱度的土壤而言,施用生物质炭的增产效果表现为黏质土壤砂质土壤壤质土壤;施用于酸性土壤可增产29.2%,分别是中性及碱性土壤的7.9和2.5倍。人为管理条件下,当生物质炭施用量10.0 t·hm~(-2)时,可显著提高作物产量,达到18.0%,施用量80.0 t·hm~(-2)后增产效果不显著。施用生物质炭的增产效果随着施用时间的增加而呈下降趋势,施用半年至两年内可增产13.4%—17.5%,超过两年,增产效应降至9.6%。【结论】生物质炭的增产效应随着生物质炭的属性、施用量和施用时长的不同有所差异。根据作物类型与土壤属性选择适宜特性的生物质炭,适时酌情间断性施用,不仅可以达到持续增产的目的,也降低成本,提高经济效益,可以作为现代可持续农业管理措施的选择。     

废报纸生物质炭的制备及对铜离子的吸附性能

  目的  以废报纸为原料,通过氮气（N₂）保护在不同热解温度下制备生物质炭,并探讨废报纸基生物质炭对铜离子（Cu2+）的吸附性能和吸附机制。  方法  采用元素分析、比表面积分析仪（BET）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和原子吸收光谱仪（AAS）等对生物质炭进行表征。  结果  所制备的生物质炭具有多孔结构,比表面积高（211 m2·g-1）,有利于从水中去除Cu2+。生物质炭的物理和化学性质随着热解温度的变化而变化。随着热解温度的升高,生物质炭的芳香性、比表面积、pH和灰分含量逐渐增加,而氢、氮和氧含量下降。同时进行批量吸附试验,分析溶液初始pH、吸附时间、初始浓度、不同吸附温度对生物质炭吸附容量的影响。热解温度为400、500、600℃的生物质炭在30℃、pH为5.0的条件下最大吸附容量分别为107、115和138 mg·g-1。伪二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型能很好地模拟吸附过程,表明在此吸附过程中,化学吸附是限速步骤,吸附发生在吸附剂内特定的均相位点（单层吸附）。通过热力学模型计算所得ΔHo为正值,表明吸附过程是吸热反应。此外,生物质炭的吸附机制包括沉淀作用、离子交换、π-π作用和络合反应。  结论  本研究以废报纸为原料,所制备的生物质炭是具有一定应用前景的、环境友好的、高效的Cu2+吸附材料。     

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。     

连续多年秸秆还田对土壤理化性状的影响

为研究传统耕作方式下连续秸秆全量还田对土壤理化性状的影响,通过对8 年田间定位试验的大田土壤研究常规施肥和秸秆全量还田2 种处理对土壤密度、孔隙度和土壤有机质、有效磷、速效钾的影响。结果表明,秸秆全量还田不仅能改善土壤物理性状,还能显著提高土壤的养分状况,相比对照土壤有机质、有效磷、速效钾分别提高了6.7g/kg、2.6 mg/kg、33.1 mg/kg,对耕地质量管理和提升具有积极意义。     

生物质炭在农业上的应用

生物质炭是由生物质在完全或部分缺氧的条件下经过热裂解、炭化产生的一类高度芳香化、难溶性的固态物质。近年来,生物质炭作为土壤改良剂、肥料缓释载体在农业上的应用越来越广泛。为促进生物质炭在农业上的研究及应用,从生物质炭性质的影响因素,生物质炭对土壤物理性质、化学性质和微生物的影响,以及生物质炭对作物生长和产量的影响等方面进行了阐述和分析,并提出未来生物质炭在农业应用方面的研究方向。