柠条生物炭及其在退化土壤修复中的应用

以柠条为原料开展生物炭生产和应用试验,探索柠条资源的新型利用途径。在缺氧和500℃的热解条件下,柠条生物炭的灰分元素含量高达14%,比表面积较大,为265m2/g,全N含量高达2.4%;FT-IR分析得到,柠条生物炭呈无定形的乱层结构,表面含有丰富的羧基、羰基官能团。把该生物炭以500kg/667m2的用量施于退化严重的半干旱地区土壤中,并同施用牛粪、牛粪+柠条生物炭和不施肥开展对比试验得到(按等量碳量施用),施用柠条生物炭1.5a后,退化林地土壤毛管持水量、田间持水量比对照分别提高10.7%和11.5%,土壤有机C、全氮、土壤的速效K含量显著提高,而土壤容重显著下降。施用纯牛粪,对上述测定性状的改良效果要明显好于按等量碳施用的牛粪,但施用牛粪对土壤的有效P的改善效果要显著好于施用单一柠条生物炭。而牛粪+柠条生物炭混合施用有利于土壤有机质、全N、速效K和有效P的保存。     

柠条裂解产品的化学成分和性质

为探索柠条裂解机理以及在特定温度下裂解产物的结构特征,文中以柠条为原料研究其裂解过程的产物分布,并利用氮吸附法、GC/MS等方法分析500℃条件下的裂解产品。结果表明:柠条炭产率随着裂解温度的升高而降低,但柠条炭中固定碳含量随着温度的升高而逐渐增加。柠条炭具有较高的全N(2.5%)和灰分含量(14.1%),比表面积为265m2/g,其中介孔占56%。XRD、FTIR分析显示柠条炭已具有一定的构造,其表面具有羰基、酯基、醚等各种官能团。GC/MS定性分析得到,柠条焦油中共检出85种化合物,相对含量91.3%,其中脂肪族化合物54种,相对含量52.9%,芳香族化合物有31种,相对含量38.4%;焦油中相对含量大于3%的化合物有杂氧环十七烷、4-乙基-2-甲氧基苯酚和棕榈酸。