不同热解温度制备的水稻秸秆生物炭理化特性分析

以不同热解温度(100～800℃)制备的水稻秸秆生物炭为研究对象,研究在不同热解温度下制成的生物炭的理化特性。结果表明,热解温度为100～300℃制成的水稻秸秆生物炭呈弱酸性,400℃以上时呈碱性;水稻秸秆生物炭表面碱性含氧官能团数量随着热解温度的升高而增加、酸性含氧官能团则减少;水稻秸秆生物炭中的官能团C=C、C-O-C、-OH和-C=O在较高的热解温度下发生缔合或消除,促进了芳香基团的形成;随着热解温度的升高,水稻秸秆生物炭的阳离子交换量(CEC)、比表面积、孔径、比孔容、氮气吸附量和颗粒表面的分型维数(D1)均先增加后降低,阳离子交换量(CEC)在300～500℃时、其它性状在400～600℃之间达到最大值;以不同热解温度制成的水稻秸秆生物炭颗粒的孔隙结构均以孔隙宽度2～50 nm的中孔为主。随热解温度的升高,水稻秸秆生物炭的产率逐渐降低;400～500℃炭化2 h,生物炭产率最高,其孔隙结构最为复杂,所以可以认为400～500℃是水稻秸秆炭化的最佳温度。     

不同温度下热裂解芒草生物质炭的理化特征分析

芒草是一个极具潜力的生物质能源作物,为了研究了解芒草生物质炭的特征,评价其农业和与环境领域应用价值与潜力,该研究分别在和下制备生物质炭,测定其基础理化性质,以期了解芒草生物质炭特征及其随裂解温度变化的规律。结果表明,裂解温度显著地影响芒草生物质炭物理与化学性质,低温生物质炭含有比较高的水溶性成分,而高温生物质炭具有比较高的pH值、C/N比、芳香化结构、持水量和比表面积;但裂解温度对生物质炭δ值没有显著的影响。该文还讨论了芒草生物质炭在化肥利用率提高,以及污染土壤和水体修复等领域的潜在价值与工业应用前景,研究结果可为芒草生物质炭在土壤改良、固碳减排等方面的应用提供基础数据。     

不同热解温度限氧制备的畜禽粪便生物炭养分特征

为了分析畜禽粪便生物炭中的养分特征变化,以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料,采用限氧控温法制备生物炭,研究了不同热解温度（350、450、550、650和750 ℃）的畜禽粪便生物炭灰分含量,C含量、大量和中微量元素养分含量及其残留率的变化,并分析了C/N比值,原材料与炭化产品养分含量、及热解温度和生物炭养分特征的相关性。结果表明,随着热解温度的升高,畜禽粪便生物炭C、N含量逐渐下降,灰分含量和P、K、Ca、Mg、Fe、Mn养分含量逐渐增加。高温热解虽增加畜禽粪便生物炭的养分总量和C/N比值,但也降低了各养分残留率。综合分析表明,畜禽粪便生物炭养分含量及其残留率与原材料中的养分含量、热解温度密切相关,其中与热解温度相关性显著。因此,选择高C和高养分含量的畜禽粪便原材料是提升生物炭养分含量的基础,而适宜温度是保留生物炭较高养分残留率的关键。该研究中畜禽粪便适宜热解温度为450 ℃,该温度下各生物炭的养分残留率整体表现为牛粪>猪粪渣>鸡粪。     

热解温度对玉米秸秆炭产率及理化特性的影响

【目的】通过对不同热解温度条件下玉米秸秆炭理化特性的分析,探索玉米秸秆炭具有较高利用价值的炭化温度。【方法】以玉米秸秆为原料,采用低氧升温炭化法,在不同热解温度下 (100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃) 分别炭化2 h,制备生物炭,收集并测定了固体产物生物炭产率及特性。【结果】生物炭的产率随热解温度的升高逐渐降低。生物炭全碳含量和碳氮比随热解温度升高而升高,全氮含量在400℃以后随热解温度升高而降低。阳离子交换量 (CEC) 在400℃～600℃达到较高水平,为70.87～83.48 cmol/kg。随热解温度升高,玉米秸秆炭表面碱性含氧官能团增加、酸性含氧官能团减少,pH随着热解温度的升高逐渐增加,当温度达到400℃及400℃以上时呈碱性甚至强碱性。红外光谱分析表明,热解温度达到500℃时,纤维素和半纤维素已经完全分解;高温热解使玉米秸秆中–CH₃、–CH₂、–OH、–C=O间发生缔合或消除,促进芳香基团的形成。随着热解温度的升高,玉米秸秆炭的比表面积和比孔容均是先变大后变小,孔径先变小后变大,在400℃～600℃条件下,玉米秸秆炭的孔隙相对较为丰富,不同热解温度下玉米秸秆炭的比表面积和比孔容呈极显著正相关关系(P < 0.01)。【结论】综合各项指标,玉米秸秆的最佳热解温度为400℃～500℃,此温度下制备的生物炭产出率相对较高,氮、碳养分损失少,生物炭的理化性能和养分利用均达到最优。     

秸秆热解工艺优化与生物炭理化特性分析

以肥料化利用为目标,优化秸秆热解工艺,实现秸秆生物炭的高值化利用。该研究以水稻、小麦、玉米、油菜和棉花秸秆为原料,以炭化温度、保温时间和升温速率为因素进行正交试验,采用综合评分法优化热解工艺,并分析最优工艺条件下生物炭的理化特性。结果表明,影响秸秆生物炭品质因素的主次顺序为炭化温度、保温时间、升温速率。以生物炭的肥料化利用为目标,5种秸秆炭化的最优工艺参数组合是炭化温度500℃、保温时间30 min、升温速率10℃/min。在最优工艺条件下,5种秸秆生物炭的炭产率约为32%~38%,固定碳的质量分数大于45%,C元素的质量分数大于53%,N元素的质量分数为0.7%~2.5%,K元素的质量分数为3.41%~6.81%。生物炭表面有含氧官能团且内部有丰富的介孔结构。该研究为秸秆生物炭的肥料化利用提供数据支撑。     

不同热解温度制备的香菇菌糠生物炭对孔雀石绿的吸附及其机理分析

为探讨菌糠原料及其所制备生物炭的理化性质与其对染料孔雀石绿吸附性能之间的内在关系,以香菇菌糠为原料,在不同热解温度下(350℃和750℃)制备菌糠生物炭(LS350和LS550),研究热解温度对生物炭理化性质与染料吸附性能的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术...     

典型农业生物炭理化特性及产品质量评价

生物炭能修复土壤、替代化石燃料、吸附水土气中的环境污染物等,应用潜力较大,但目前生物炭存在质量差异大、测试指标及方法不明确等问题,该文以农作物秸秆及农产品加工副产物为原料生产的生物炭为研究对象,系统梳理了生物炭物理、化学、热化学、表面化学等特性及有毒污染物。归纳提出了肥料炭、能源炭、活性炭等不同应用方向的生物炭主要指标、质量要求及测定方法。建议尽快制定生物炭质量评价标准体系,针对肥料炭、能源炭、活性炭等不同应用方向的提出生物炭的质量分级标准,制定和完善各个指标试验方法,为加快推进生物炭产业化应用提供技术支撑。     

烟秆炭和有机肥配施对土壤主要养分及腐殖物质的影响

为探究烟秆炭有机肥对土壤主要养分及腐殖物质的影响,通过室内土壤培育试验研究了单施有机肥、烟秆炭有机肥、单施烟秆炭对土壤主要养分及腐殖物质的影响。试验设置了8个处理,分别为对照(CK,单施有机肥),烟秆炭占有机肥比例为10%(B10)、20%(B20)、40%(B40)、60%(B60),单施烟秆炭100%(B100)、1/2量烟秆炭(BH)、1/4量烟秆炭(B2H)。结果表明:(1)与对照相比,烟秆炭有效地促进了土壤pH提升,以及土壤速效钾、全碳、全氮的含量,其中B100处理的速效钾和全碳含量的增幅分别为55.1%、132.1%。土壤有效磷含量总体上随烟秆炭量的增加而提升,但烟秆炭有机肥比单施烟秆炭提升效果好,以B60处理达最大(72.69 mg·kg-1),B100处理次之(46.76 mg·kg-1)。而烟秆炭降低了土壤碱解氮含量,B100处理最低,较对照降低了21.3%。(2)烟秆炭能增加土壤交换性钙、交换性镁含量,随培育时间的延长,添加了烟秆炭的处理比单施有机肥提升效果更稳定。(3)烟秆炭明显增加了土壤有机碳和胡敏素含量。B100处理与对照相比,有机碳提升了68.6%,胡敏素增加了147.8%。在B10～B60处理中随烟秆炭比例的增加,土壤胡敏酸含量下降;在B2H～B100处理中随单施炭量增多,土壤胡敏酸含量则略有提升。土壤富里酸含量则以烟秆炭量最多的B100处理最低。总体看来,在施肥量相同的情况下,有机肥有利于土壤碱解氮提升,促进土壤胡敏酸、富里酸的形成。烟秆炭有利于土壤碳、全氮、速效钾、有效磷、交换性镁的增加。结合各项分析,含60%烟秆炭的有机肥(B60)处理既有利于土壤主要养分的提升,又有利于土壤腐殖物质的形成。     

烟秆生物质炭与化肥配施对植烟土壤有机碳组分及微生物的影响

采用盆栽试验,设置空白对照(CK)、化肥(F)、烟秆生物质炭(B)、烟秆生物质炭配施化肥(BF)4个施肥水平,配施化肥参考烟草专用肥养分配比(N︰P2O5︰K2O=12︰7︰22)与烟秆生物质炭混合施用,探究烟秆生物质炭与化肥配施对植烟土壤有机碳组分及微生物的影响。结果表明：(1)与单施烟秆生物质炭相比,烟秆生物质炭与化肥配施土壤pH显著降低6.59%;土壤有机碳(SOC)和易氧化有机碳(EOC)含量显著增加,但土壤可溶性有机碳(DOC)含量显著降低29.63%,土壤颗粒有机碳(POC)和微生物生物量碳(MBC)影响不显著;(2)与单施化肥相比,烟秆生物质炭与化肥配施使得土壤脱氢酶活性大幅提高近2倍;而与单施烟秆生物质炭相比,土壤蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性则显著降低;(3)烟秆生物质炭与化肥配施,能够提高土壤细菌群落丰富度及物种多样性;同时,与单施烟秆生物质炭相比,配施化肥使参与土壤有机质分解的土壤绿弯菌门相对丰度提高了16.79%,但土壤细菌α、β多样性显著降低;(4)RDA分析表明,土壤SOC、EOC、POC、MBC是影响土壤有机质分解和参与碳循环细菌分布的主要因素。综上所述,...     

热解温度对生物炭表面性质及释放氮磷的影响

热解温度是影响生物炭表面性质的重要因素。在250~450℃范围内制备玉米秸秆生物炭(CB)和杨木生物炭(PB)。采用X-射线光电子能谱仪对生物炭的表面元素进行分析,发现各元素含量随热解温度而变化,2种生物炭的变化规律不同。傅里叶变换红外分析表明,热解温度升高造成生物炭基团的变化,C=O基团增多,芳香性增强。研究生物炭在水中的氮磷释放行为发现,随着热解温度的升高,NH_4~+-N和NO_3~--N的释放呈现先增加后减少的趋势;CB的总磷释放有所增加,PB的总磷释放先增加后降低。不同热解温度的生物炭,其营养元素的释放速率在初期存在一定差别,释放过程在48 h内基本完成。生物炭的表面性质及氮磷释放行为与热解温度及生物质来源密切相关。     

不同原料生物炭理化性质的对比分析

为研究不同原料生物炭理化性质的差异,以苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭、污泥生物炭和褐煤生物炭6种生物炭为测试材料,利用傅里叶红外光谱仪和Boehm滴定法对生物炭表面官能团进行定性和定量分析,用电子扫描显微镜观察生物炭表面形貌,并测定生物炭的pH值、有机碳含量和阳离子交换量等基本理化性质。结果表明,除污泥生物炭呈弱酸性外(pH=6.76),其他生物炭均呈碱性(pH=8.49~9.96)。苜蓿秸秆生物炭有机碳含量最高(588.43 g·kg~(-1)),污泥生物炭最低(168.17 g·kg~(-1))。阳离子交换量大小排序为,苜蓿秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭葡萄藤生物炭小麦秸秆生物炭污泥生物炭褐煤生物炭。FTIR图谱表征显示,生物炭表面存在芳香烃类和含氧基团,生物炭的结构以芳环骨架为主。苜蓿生物炭表面官能团总数最多,污泥生物炭最少。扫描电镜(SEM)结果表明,苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭表面有明显孔隙结构,褐煤生物炭和污泥生物炭表面并无明显的孔隙结构。综上,苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭适用农田土壤改良与培肥,褐煤生物炭和污泥生物炭可尝试用于污染土壤的修复,同时污泥生物炭可用于盐碱土的改良。     

Influence of Pyrolysis Temperatures on FTIR Analysis,Nutrient Bioavailability,and Agricultural use of Poultry Manure Biochars

This study was conducted to investigate the effect of pyrolysis temperature on chemical properties of poultry manure (PM) biochar over the range of 200–500°C. Chemical properties of biochar produced at 200°C were almost the same as PM, but significant changes were observed in higher-temperature-produced biochars. According to elemental and fourier transformation infrared analyses, the degree of carbonization in biochar was accelerated with increasing pyrolysis temperature. Biochar yield decreased, while its pH, cation exchange capacity, and P, K, Fe, Mn, Zn, and Cu contents increased with increasing pyrolysis temperature. The biochar produced at 400°C or 500°C was highly alkaline. Also, due to high electrical conductivity, these types of biochars may not be suitable for salt-sensitive crops. It was concluded that the pyrolysis temperature of more than 300°C reduces the quality of PM biochar for use in calcareous soils, although it may be suitable for acidic soils or environmental application.     

不同热解温度茶渣生物质炭对茶园土壤吸附解吸NH4-N的影响

生物质炭对铵根的吸附解吸影响着土壤的固氮效果,为探讨茶渣生物质炭对茶园土吸附—解吸NH_4~+—N性能的影响,减少土壤中氮素的淋失,提高氮素利用效率,通过模拟培养试验,采用平衡吸附法及HCL解吸法,研究了不同热解温度下制备的茶渣生物质炭在不同添加比例(0.35%,0.70%,1.40%,2.80%)下,茶园土对NH_4~+—N吸附解吸的特性。结果表明:施用生物质炭能有效增强茶园土对NH_4~+—N的吸附,并随生物质炭添加量的增加而增强。同一生物质炭添加量下,4种生物质炭处理下茶园土对NH_4~+—N的吸附量大小表现为BC400BC300BC500BC600。生物质炭的CEC含量是影响土壤吸附NH_4~+—N能力的主要因素。土壤对NH_4~+—N的吸附过程均以Langmuir方程拟合达到显著水平(0.953 7R~20.995 5),以单层吸附为主。施用生物质炭后,土壤产生了解吸滞后,有效降低了茶园土对NH_4~+—N的解吸率,BC400的解吸率最低。茶渣生物质炭能够增强土壤对NH_4~+—N的吸附,降低对NH_4~+—N的解吸,有利于提高土壤对氮素的吸持能力,其中BC400,2.80%处理下效果最佳。     

两种温度制备生物质炭在榉树人工林土壤的原位稳定性

研究生物质炭的稳定性是理解其土壤固碳功能的基础。以水稻为原料在两种温度（300 ℃和500 ℃）制备生物质炭,利用13C稳定同位素技术,通过182 d的野外原位实验,比较两种生物质炭在榉树人工林土壤中的稳定性。整个培养期间,300 ℃和500 ℃生物质炭的累积分解量分别为10.5和3.65 g·m-2。双指数模型拟合的结果显示,300 ℃和500 ℃生物质炭的难分解碳库的平均停留时间分别为99.8 a和302 a。300 ℃生物质炭的分解速率与土壤表层温度显著正相关（P = 0.034,r = 0.417,n = 26）,而500 ℃生物质炭的相关性不显著（P = 0.549,r = 0.123,n =26）,表明土壤温度对生物质炭稳定性的影响因制备温度而异。野外原位实验表明500 ℃生物质炭具有更高的稳定性,为深入探讨生物质炭的稳定性提供了基础数据。     

不同炭化温度下玉米秸秆和沙蒿生物炭的结构特征及化学特性

掌握不同生物炭材料的结构特征和化学特性是合理利用生物炭的基础。通过无氧炭化法制备了不同炭化温度下的玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭,对比了不同材料和不同炭化温度下生物炭性质的差异。结果表明:炭化温度低于400℃时,两种材料生物炭的孔隙结构保存完整,600℃以上时,两种材料生物炭的蜂窝状结构均遭到破坏,玉米秸秆生物炭被破坏得更严重;同一炭化温度下,玉米秸秆生物炭的比表面积及总孔容和平均孔径均大于沙蒿生物炭,两种生物炭的比表面积随炭化温度的升高均增大,总孔容呈"V"形变化;两种材料的生物炭均呈碱性,炭化温度越高,pH越大,400℃~800℃,每升高10℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的pH均以0.02的幅度增加,同一温度下,玉米秸秆生物炭的pH大于沙蒿生物炭,在400℃、600℃和800℃下分别比沙蒿生物炭高0.31、0.35和0.29单位;随炭化温度的升高,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的C、P、K和灰分含量增加,400℃~800℃,玉米秸秆生物炭的C、P、K含量以炭化温度每升高10℃分别增加2.94、0.11、0.20 g/kg的幅度变化,沙蒿生物炭也以4.35、0.07、0.24 g/kg的幅度增加,与此同时,玉米秸秆生物炭的N、H含量以每升高10℃分别以0.13 g/kg和0.86 g/kg的幅度降低,沙蒿生物炭的N、H含量分别以0.04 g/kg和0.82 g/kg的幅度下降,S含量无明显变化,C/N和C/H增大,且不同材料生物炭的元素含量差异显著;两种材料生物炭的N、P、K有效性随炭化温度的升高均下降,400℃~600℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效N含量分别下降了57.89%和19.05%,800℃时两种生物炭的速效N均接近0 mg/kg,400℃~800℃玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效P含量分别降低了67.41%和52.36%,此时速效K含量也分别降低了45.62%和90.16%。总之,不同材料和炭化温度对生物炭的物理特征和化学特性都有较大影响。     

两种温度制备生物质炭在榉树人工林土壤中的原位稳定性

研究生物质炭的稳定性是理解其土壤固碳功能的基础。以水稻为原料在两种温度(300℃和500℃)制备生物质炭,利用13C稳定同位素技术,通过182 d的野外原位试验,比较两种生物质炭在榉树人工林土壤中的稳定性。整个培养期间,300℃和500℃生物质炭的累积分解量分别为10.5和3.65 g·m^–2。双指数模型拟合的结果显示,300℃和500℃生物质炭的难分解碳库的平均停留时间分别为99.8 a和302 a。300℃生物质炭的分解速率与土壤表层温度显著正相关(P=0.034,r=0.417,n=26),而500℃生物质炭的相关性不显著(P=0.549,r=0.123,n=26),表明土壤温度对生物质炭稳定性的影响因制备温度而异。野外原位试验表明500℃生物质炭具有更高的稳定性,为深入探讨生物质炭的稳定性提供了基础数据。     

不同作物秸秆加工制成生物质炭的理化性质比较研究

为表征不同作物秸秆加工制成的生物质炭的理化性质差异,以玉米、水稻和油菜的秸秆为原料制备生物质炭,借鉴材料科学的方法,研究其形貌结构、表面特性和有机组分元素比等内容。结果表明:200℃→450℃作物秸秆样品失重量和失重速率最大,半纤维素和纤维素为主要燃失物质。玉米、水稻和油菜的秸秆生物质炭均为多孔结构,孔隙大小和形状各异。水稻秸秆炭的比表面积最大(2.65 m2g-1)、油菜秸秆炭次之(2.56 m2g-1)、玉米秸秆炭最小(1.84 m2g-1)。水稻、玉米、油菜秸秆炭的孔体积变化率分别在43 nm、62 nm、48 nm处达到峰值。油菜秸秆炭的H/C最小、为0.03,O/C和(O+N)/C最大、分别为1.15和1.19。因此,450℃更利于残留样品质量;生物质炭的孔隙结构决定其比表面积,油菜秸秆炭具有更强的芳香性、亲水性和极性。研究结果可为生物质炭的制取和应用提供参考依据。     

不同温度下海南禾本科类植物材料制备的生物质炭对 砖红壤性质及N2O排放影响

制备温度及原料影响生物质炭性质,相应影响土壤N₂O的排放,为筛选适宜于海南砖红壤的生物质炭类型,利用室内培养试验,研究海南4种禾本科植物材料在300℃、500℃、700℃ 三种热解温度下制备的12种生物质炭对砖红壤性质及N₂O排放的影响。结果表明：所有生物质炭都能显著增加土壤有机碳、有效磷和速效钾含量,提高土壤pH,加速土壤硝化作用进行;300℃下制备的生物质炭能促进土壤N₂O排放,500℃和700℃下制备的生物质炭则对土壤N₂O排放有明显抑制作用;所有材料中,高温热解温度下由甘蔗渣制备的生物质炭处理土壤的N₂O排放量最低,可能由于甘蔗在榨糖后剩下的甘蔗渣以较稳定的碳水化合物为主。综合分析,推荐500℃热解温度下生成的甘蔗渣生物质炭实施土壤改良,更有利于N₂O减排。