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+...     

热解温度对稻壳生物炭特性的影响

热解技术是稻壳有效利用的重要处理方法,其炭、气和油三态产物均具有较高的利用价值。稻壳炭是稻壳热解后产生的固态产物,对环境、农业和新能源等具有重要的影响作用。稻壳炭的理化特性决定了炭产物的利用方式及效果,不同热解温度条件下制得的稻壳炭的理化特性不同,热解温度对稻壳炭理化特性影响较大。对不同热解温度制得的稻壳炭的理化特性进行系统研究有利于稻壳炭的定向制备及高值化利用。为确定热解温度对稻壳炭理化特性的影响作用,在管式炉固定床上制得不同热解温度的炭产物,对稻壳炭工业分析及元素分析、可溶性物质含量、表面官能团和孔结构等特性进行综合分析,以掌握热解温度对生物炭特性的影响规律。热解温度为350,450,550,650,750,850℃,气体流量600m L·min-1,热解停留时间为40min。分别采用TGA2000型工业分析仪和EL-3型元素分析仪测定稻壳炭的工业分析和元素分析,采用自动量热仪测定其低位发热量。采用pH计、电导率仪和离子色谱仪分别测定炭的pH值、总可溶性物质含量和可溶性氮含量。采用VERTEX 70型傅里叶变换红外光谱仪测定稻壳炭表面官能团组成,采用物理化学吸附仪测定孔隙结构特性。结果表明:温度越高稻壳炭的产率越低,随着热解温度的增加,挥发分逐渐析出,含氢和氧官能团及含碳物质逐渐分解,而灰分增加,固定碳和低位热值先增加后降低,分别在550℃和450℃具有最高值。热解温度550~650℃制得的稻壳炭含有较高的可溶性物质含量和发达的孔隙结构特性,该结果对生物炭的制备及应用具有重要的参考意义。     

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。     

热解温度对玉米秸秆生物炭稳定性的影响

为了探究热解温度对生物炭稳定性的影响,选用玉米秸秆作为生物质原料,分别在300、500、700℃条件下热解制备生物炭。利用元素分析仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析仪(TGA)表征生物炭的结构和性质,采用H_2O_2和K_2Cr_2O_7氧化法测定生物炭的抗氧化能力。结果表明,生物炭的C含量随热解温度的升高而增加,H和O含量以及H/C和O/C之比则随热解温度的升高而降低,说明了生物炭的芳香化程度增加,稳定性增强。FTIR结果表明,随着热解温度的升高,生物炭中的—OH、C—O—C和—CH等不稳定性集团减少甚至消失。TGA分析表明,随着热解温度的增加,生物炭质量损失由42.9%降低至14.67%,其700℃制备生物炭热稳定性最强。H_2O_2和K_2Cr_2O_7抗氧化结果表明,500℃条件下制备的生物炭的碳损失量最低,分别为7.19%和6.02%,其抗氧化能力最强。     

制备原料及温度对生物质炭酸碱度及盐基离子含量影响

【目的】研究生物质炭的制备原料与温度对其酸碱度及盐基离子含量的影响。【方法】选用禾本科、豆科、乔木和椰丝共10种生物材料,研究在300、500和700℃3种温度下制备的生物质炭酸碱度及盐基离子含量的差异。【结果】生物质炭的酸碱度及盐基离子含量因热解温度和制备原料的不同而有明显的不同。同种制备原料下,随着热解温度升高,生物质炭的碱度显著增加,从中和土壤酸度而言,高温热解制备的生物质炭效果较好。同一热解温度下,豆科的盐基离子含量相对较高,更适合用于补充土壤盐基含量。【结论】综合考虑制备难度、温度间的差异性和制碳率等,建议用大豆于500℃下制备的生物质炭来改良海南盐基不饱和的酸性土壤。     

不同热解温度牛骨生物炭特征及对Cd2+的吸附

本文研究了不同热解温度条件下牛骨生物炭理化性质及对 Cd²⁺的吸附特性,采用限氧控温慢速热裂解的方式,在 300、350、400、500、700 ℃和900 ℃条件下制备牛骨生物炭。分别采用热重分析仪、傅里叶变换红外光谱以及扫描电镜能谱仪等设备对牛骨生物炭进行表征,并通过批量吸附实验分析其对Cd²⁺的吸附特性。结果表明：牛骨生物炭pH值、灰分含量随热解温度提高而增加,芳构度逐渐增强,孔径与比表面积增大,而挥发分、有机碳含量与全氮含量减少;准二级动力学模型可以准确拟合5种牛骨生物炭对Cd²⁺的吸附动力学过程（R²>0.999）,在接近吸附平衡时,吸附速率由颗粒内扩散主导;牛骨生物炭对Cd²⁺等温吸附过程更符合Langmuir模型,700 ℃条件下制备的牛骨生物炭对Cd²⁺的吸附效果最好,最大平衡吸附量为44.32 mg·g^-1;随着热解温度增加,牛骨生物炭对Cd²⁺吸附机制中官能团络合作用减弱,表面吸附、阳离子交换以及π电子配位作用增大。在实际规模化制备牛骨生物炭过程中应充分考虑能耗成本以及尾气收集问题。     

原料和温度对热带农林秸秆生物炭多环芳烃的影响

【目的】多环芳烃(PAHs)对人体健康存在危害,而生物质裂解过程中可产生PAHs,了解温度和原料对生物炭性质及PAHs影响具有重要实践意义。【方法】选取热区海南5种典型农林秸秆(椰壳、香蕉秆、橡胶杆、水稻秆和荔枝杆)在不同温度下(300、500和700℃)缺氧裂解制备生物炭,探讨原料和温度对生物炭基本属性以及PAHs的影响。【结果】(1) 5种生物炭产率都随温度升高而下降,700℃平均产率为33%; pH和碳氢比随温度升高而增大,700℃时生物炭pH均值为9.8;木质原料生物炭碳氢比高于草本原料; 500℃下各秸秆生物炭含碳量最高,均值为61.6%。(2)原料和温度主要影响生物炭中多环芳烃浓度而非种类,各生物炭中都以萘浓度最高,其次为菲、芴和蒽等。700℃下制备的生物炭中PAHs浓度相对较低,对应的原料为橡胶杆和椰壳;(3)各生物炭中多环芳烃浓度都未超标准,可以合理生产施用。【结论】研究结果可为热区生物炭制备和推广应用提供数据支持。     

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。     

芦苇生物质炭的制备、表征及吸附性能

研究了在不同温度下制备的3种芦苇生物炭的基本理化性质及表观性能,以及不同时间、初始溶液pH值、初始溶液Pb2+浓度下这3种生物炭吸附率的变化。结果表明:对于3种生物炭的制备,随着温度升高,生物炭产率降低,灰分升高,pH值升高;随着热解温度升高,芦苇生物炭的C、N含量随之增加,而O、H含量随之降低;BET比表面积、Langmuir比表面积、T-plot微孔比表面积、BJH吸附累积比表面积均表现为L500L700L300;从生物炭对氮气吸附的量上看,存在L500L700L300的规律;吸附试验表明,500℃下制备的生物炭L500的吸附效果最佳,最佳吸附条件是初始溶液pH值为6,吸附时间为150 min,吸附温度为25℃。     

皇竹草生物炭的结构特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能

以皇竹草茎秆为原料,在限氧控温(300、500、700℃)条件下制备生物炭,研究该生物炭的结构特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附行为。结果发现,随着热解温度的升高,皇竹草生物炭的产率下降,而灰分、p H呈上升趋势;电镜扫描(SEM)观察可见不同热解温度下所制备的生物炭结构相似,均具多孔和管状结构,但在700℃条件下所制备的生物炭相对300℃下制备的生物炭孔壁变薄,且孔壁有附着物,切面有突起结构。三种温度下制备的皇竹草生物炭对溶液中的Cr(Ⅵ)都具有较好的吸附作用,且500、700℃下制备的生物炭比300℃下制备的生物炭具有更好的吸附效果。在0~1 h之间,三种热解温度下制备的生物炭对铬的吸附量均随着时间的延长而快速增加,当吸附至1 h时,基本达到饱和状态,随后吸附量无明显变化。     

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。     

不同裂解温度对梨树枝条生物炭理化性质的影响

[目的]本文旨在研究梨树枝条在不同温度下裂解所得生物炭的理化性质差异,确定适宜的制备生物炭温度范围,为梨树修剪枝条资源化利用提供新的途径。[方法]以粉碎梨树枝条为原料,在惰性气体包围下,在不同裂解温度(300～900℃)下制备生物炭,研究不同裂解温度对生物炭理化性质的影响。[结果]裂解温度由300℃上升到900℃,生物炭产率由61%显著降低到24%(P0.05),p H值由7.3显著上升到11.7(P0.05),生物炭中碳含量增加而氮含量显著降低,钾、钙、镁、硼、铁、铜等元素含量均先升高后保持稳定;阳离子交换量随温度的升高先显著下降后保持稳定。红外光谱分析表明随着裂解温度的升高,枝条内O—H和C—H键断裂,形成难降解的芳香烃类物质;扫描电镜分析表明生物炭孔隙度随着裂解温度升高而增加,温度越高,孔数量越多,比表面积越大,700℃下制备的生物炭比表面积相比300℃增加了50%;同时,比表面积及孔体积也随温度的升高而增加,吸附性增强。[结论]制备枝条生物炭时,将裂解温度设置为500～700℃时,元素含量相差不大,微孔和大孔数量基本达到最高水平,吸附性能达到最佳。     

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。     

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。     

热解温度对滤泥生物炭结构性质的影响

[目的]研究热解温度对滤泥生物炭性质特征的影响,为制糖废弃物处理提供参考依据.[方法]将滤泥置于200~600℃下热解制备生物炭,对生物炭进行工业分析、pH和元素含量测定,以及傅里叶红外光谱、扫描电镜、比表面积和碘值吸附分析.[结果]随着热解温度的升高,生物炭产率和挥发分含量下降、灰分含量上升,pH不断增加,表面的C-O和C-O-C等活性官能团及-CH3和-CH2逐渐消失,H/C、O/C和(N+O)/C的原子比降低,表明生物炭芳香性及稳定性增强,亲水性和极性减弱;生物炭的孔隙结构丰富,随着热解温度的升高,生物炭中孔隙数量增加,比表面积增大,孔径和孔容有所增加,对碘值的吸附能力持续上升,热解温度为500℃时,比表面积、孔容和对碘值吸附量均达最大值,分别为83.71 m2/g、0.027 m3/g和170.38 mg/g.[结论]在500℃下热解制备滤泥生物炭,其产率相对较高,结构更稳定,且比表面积及孔容最大,对碘的吸附效果最佳,可作为一种优异的吸附材料.     

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。     

炭化温度和时间对不同废菌棒生物炭结构性质的影响

【目的】生物炭的表面性质与其表面的官能团密切相关,探讨不同制备条件对不同材料废菌棒生物炭结构特征的影响可为废菌棒的资源化有效利用提供依据。【方法】以海鲜菇、秀珍菇、银耳的废菌棒为生物质原料,采用限氧裂解法在不同温度(400、500、600、700℃)和不同时间(1.5、2.0、2.5、3.0 h)下制备生物炭,采用傅里叶红外光谱法(FTIR)对不同废菌棒生物炭结构性质进行表征。【结果】随着炭化温度的升高和炭化时间的延长,3种菌棒生物炭蛋白质中C=O、C-N、纤维素中C-O-C、脂肪烃中-CH_3和-CH_2基团的相对含量都随之减少;苯环中的C-H官能团相对含量随之减少,C-C官能团相对含量随之增大,且在700℃,炭化3.0 h条件下达到最大。在相同制备条件下,海鲜菇菌棒生物炭含氧官能团吸收峰峰强最强,银耳菌棒生物炭最弱;秀珍菇菌棒生物炭苯环CC吸收峰峰强最强,银耳菌棒生物炭最弱。【结论】随着炭化温度的升高和炭化时间的延长,生物炭中的蛋白质、多糖和脂肪酸等有机物质逐渐分解,烷基基团缺失,而芳香结构逐渐形成,在700℃,炭化3.0 h条件下生物炭结构最稳定。在3种菌棒生物炭中,海鲜菇菌棒生物炭对于重金属或有机污染物的吸附能力可能最强,秀珍菇菌棒生物炭施入土壤后固碳效果可能最好。     

不同热解温度园林废弃物生物质炭对设施连作番茄产量、品质及青枯病的影响

以园林废弃物为原料,分别在300、500、700℃条件下热解制备生物质炭,分析制备温度对生物质炭理化性质及设施连作番茄产量、品质及青枯病的影响.结果表明,随着热解温度的升高,园林废弃物生物质炭产率、H和O元素含量逐渐降低,C、N、P元素含量逐渐升高,而比表面积、总孔体积、微孔孔容、微孔率及平均孔径则先升高后降低;设施连作番茄产量、品质及青枯病防治效果均随热解温度升高而先升高后降低,以500℃制备温度最佳.与CK相比,T500处理的番茄单果质量、单株产量、维生素C含量、可溶性糖含量、可溶性固形物含量、番茄红素含量及青枯病防治效果分别显著提升36.86％、43.13％、51.59％、35.02％、27.12％、37.44％、77.99％(P<0.05),可滴定酸显著降低18.18％(P<0.05),糖酸比显著提升64.99％(P<0.05).     

热解温度对猪粪生物炭中Cu和Zn生物有效性的影响

为探究热解温度对猪粪中Cu和Zn生物有效性的影响,以猪粪为原料,明确了不同热解温度(300℃、500℃和700℃)下制备猪粪生物炭中Cu和Zn有效性的变化,并评价了施用该猪粪生物炭对水稻Cu和Zn吸收的影响。结果表明,与猪粪原料相比,热解显著提高了猪粪生物炭中Cu和Zn的浓度,但显著降低了猪粪生物炭中有效态Cu和Zn(DTPA-Cu和DTPA-Zn)的浓度。与施用猪粪相比,施用猪粪生物炭均显著提高了水稻根中Cu和Zn的浓度;施用300℃制备的猪粪生物炭对穗中Cu和Zn的浓度均无显著影响;施用500℃制备的猪粪生物炭显著降低了穗中Zn的浓度,而对穗中Cu的浓度无显著影响;施用700℃制备的猪粪生物炭显著降低了穗中Cu和Zn的浓度。与施用猪粪相比,施用300℃制备的猪粪生物炭显著增加了根中Cu和Zn的积累量,而显著降低了茎叶和穗中Cu和Zn的积累量;施用500℃和700℃制备的猪粪生物炭均显著降低了茎叶和穗中Cu和Zn的积累量,但两种生物炭之间无显著性差异。因此,在考虑制备成本的基础上,研究认为猪粪生物炭的最适热解温度为500℃以降低猪粪中Cu和Zn对水稻的生物有效性。     

不同原料和热解条件制备的生物炭的性质及其对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附效果

针对愈发严重的水体重金属污染,通过灌溉重金属流入农田严重影响农产品质量安全的问题,以南方区域农业废弃物水稻秸秆(RSC)、谷壳(RHC)和中药渣(HRC)为原料制备生物炭,研究不同原料、不同热解温度(300,500,700℃)、不同热解时间(2,3,4 h)条件下制备生物炭的理化性质及其对重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附效果。结果表明,热解温度对生物炭的理化性质及其对重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附效果存在显著影响,而热解时间对其无显著影响。生物炭的灰分含量、pH和P含量均随着热解温度的升高而显著增加,产率和N含量显著降低;生物炭对重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附量和去除率随着热解温度的升高显著提高;生物炭对重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附量与其本身的灰分含量、pH以及P含量存在显著的正相关性。3种原料制备的生物炭对重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附效果由大到小总体表现为:RSC、RHC和HRC,且对Cd~(2+)的吸附效果大于Cu~(2+)。综合来看,热解温度为700℃时制备的RSC对Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附效果好,最大去除率分别达99.88%和99.14%。