不同原料生物质炭的特性研究
随着现代化农业的发展，农作物产量增加的同时也使得农业废弃物的总量呈上升的趋势。但是目前农业废弃物的利用率很低，由于不合理的处理方式导致水体、大气、土壤等方面受到污染。我国是一个农业大国，目前已经成为世界上农业废弃物产出率最大的国家。因此农业废弃物的资源化利用和无害化处理对我国尤为重要。生物质炭是由植物生物质在完全或部分缺氧的情况下经热裂解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质。作为农业废弃物资源化方法的一种，利用农业废弃物制备生物质炭可以有效地解决农业废弃物的处理与处置问题由于其具有高度的稳定性和较强的吸附性能，在全球碳生物地球化学循环、气候变化和环境系统中也发挥重要作用。本论文对三大类十二种不同原料生物质炭的各方面特性进行研究，包括氮磷钾含量、有机碳含量、pH值、电导率等特性，其中畜禽废物类生物质原料生物质炭的理化性质和养分特性较好，森林竹木类生物质原料生物质炭的理化性质较差，对土壤改良能力和提供养分能力也相对较差，而农业稻秆类生物质原料生物质炭的理化性质和养分特性则出于以上两类之间，也可较好的应用于土壤改良和土壤氮磷钾的供应，通过对着三大类原料生物质炭的研究，揭示不同原料生物质炭的特性以及其对土壤改良的作用机理，探讨不同种类生物质炭作为土壤改良剂对提高土壤肥力等方面的潜在价值。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 2
1、材料与方法 3
1.1实验材料 3
1.2实验方法 3
1.2.1氮磷钾含量测定 3
1.2.2有机碳含量测定 4
1.2.3 Ph值、电导率测定 4
1.2.4灰分的测定 5
1.2.5 CEC的测定 5
2、结果与分析 5
2.1不同原料生物质炭的理化性质 6
2.2不同原料生物质炭的养分特性 6
3、讨论 10
4、结论 11
致谢 12
参考文献： 13
不同原料生物质炭的特性研究
环境科学学生 曾庆涛
引言
引言
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
我国是农业大国，在小麦、水稻、玉米、薯类、棉花、甘鹿和其他农作物收
获籽实后剩余的农业废弃物资源十分丰富。2007年我国各类农作物产生的稻秆总量就达7.28亿t[1]居世界之首，并且平均每年仍以1251.2万t的速度稳步增长，其中，玉米和小麦稻杆产量分别占稻秆总量的36.7%和15.2%。如果这些稻禾干得不到合理的利用，将会出现严重的资源浪费和环境污染问题，还会使农业生态系统的稳定性受到影响。据统计，我国约有1.6亿t的农业稻杆被直接露天焚烧，大量的挥发性有机物、一氧化碳和二氧化碳等在焚烧过程中产生，可占全国总排放的6%11%。为避免产生这些有害气体，可以将稻秆直接还田，从而使土壤有机质得到增加，土壤结构得到改善，土壤保水保肥性能得到提高，但稻轩直接还田会导致不利于大气环境的CO2、CH4等温室气体的大量排放[2]。如果将这些农业稻秆制备成生物质炭并加以利用，不但资源回收率会提高，环境的污染也能得以控制。
在厌氧或者限氧的条件下对生物质进行热解，可产生含碳丰富的固体物质，称为生物质炭[3]。生物质炭的制备可以运用高温碳化法，利用炭化炉对十二种生物质原料进行炭化处理，这个过程分为四个阶段，干燥阶段、预碳化阶段、碳化阶段以及煅烧阶段。另外，温度也会对碳化过程产生影响，不同的炭化温度会产生不同的生物质炭产物，即其固态、气态、液态产物的产量和炭化的工艺类型及炭化的条件有着直接的联系[]。生物质炭的炭化工艺分为四种：慢速炭化，其在炭化的温度条件为中低温即400~600℃，三分之一为固态生物质炭；常速炭化，其炭化温度条件为450~900℃，炭化产物一半为液态，四分之一为固态生物质炭；快速炭化，其炭化温度为中温即500℃，炭化产物大部分为液态，少数固态生物质炭；闪速炭化，温度大于800℃，其产物大部分为气态，少数为固态生物质炭。
生物质炭中含有大量植物所需的营养元素，可以促进土壤养分的循环和植物的生长；生物质炭一般呈碱性，施用生物质炭可以降低土壤的酸度和有毒元素如铝和重金属对植物的毒性；生物质炭表面含有丰富的COOH、COH 和OH等含氧官能团，它们产生的表面负电荷使生物质炭具有较高的阳离子交换量(CEC)，如果将其施入土壤，这些种类的生物质炭都能够显著提高土壤pH、改变土壤质地、增大盐基交换量，从而引起土壤CEC增加[5]。同时，由于这十二种生物质炭含有丰富的含氧官能团，显著增加了离子交换的位点，使离子表面交换活性更高，因此将其施入土壤后，土壤的CEC水平会显著提高，进而影响植物对营养元素的吸收效果[6]。另外，施用生物质炭能显著增大土壤pH，由此降低Al、Cu、Fe等重金属可交换态的含量，与此同时增加Ca和Mg等植物必需元素的可利用性，一方面减轻了有害元素对作物生长过程中的伤害，另一方面增加了植物对营养元素的摄取，从而促进了植株的生长。因此，生物质炭能改变有毒元素的形态，降低有毒元素对作物以及环境的危害，有助于植株正常发育。生物质炭对农药等有机污染物和重金属等有很强的吸附能力，可用于污染土壤的修复；生物质炭具有高度的孔隙结构，可以增加土壤的空隙度和保水能力，降低土壤容重，有利植物根系生长；生物质炭是一种含碳的聚合物，主要由单环和多环的芳香族化合物组成，这种结构特点决定了生物质炭具有较高的化学和生 物学稳定性，较强的抵抗微生物分解的能力，增强了土壤的固碳作用，减少碳向大气的再释放。
目前，鉴于生物质炭的作用十分广泛且有效，对于生物质炭的研究也不绝于耳，生物质炭的研究应用方面也有更多新的展望。生物质资源丰富，具有绿色且可持续发展的特点。未来生物质炭的制备重点是发展绿色、反应条件 温和的转化方法，以及通过选择活化剂种类与含量、活化方法、催化剂种类与含量实现对生物质炭微孔结构［7］、表面官能团的调控。生物质炭在能源领域的应用研究将有利于实现能源多元化，减少对化石燃料的依赖性; 在环境领域的应用研究可有效治理水体或土壤方面的环境污染。生物质炭的应用将注重发展多功能化生物质炭，如改善生物质炭的导电性，赋予生物质炭光敏性或磁场响应性，以满足其在 能源领域的要求，而生物质炭的高效吸附能力、可循环与再生、环境敏感性将拓展其在环境领域的应用［8］。
因此，我们需要更加了解生物质炭的性质、制备过程以及生物质炭的种类及其差异。可用于制备生物质炭的生物原料非常广泛，包括森林竹木、农业稻秆、畜禽废物、污泥等[9]。其中各种原料制备的生物质炭的性质又不尽相同，畜禽废物制备的生物质炭中灰分含量和氮磷钾含量较高，污泥制备的生物质炭种有机物含量较好，森林竹木制备的生物质炭种的养分较低但有机碳含量相对较高，鉴于不同种类生物质原料制备的生物质炭在特性方面存在差异本论文选用小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆以及稻壳等十二种原料进行生物质炭的制备，对着十二种原料制备的生物质炭进行探究。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 2
1、材料与方法 3
1.1实验材料 3
1.2实验方法 3
1.2.1氮磷钾含量测定 3
1.2.2有机碳含量测定 4
1.2.3 Ph值、电导率测定 4
1.2.4灰分的测定 5
1.2.5 CEC的测定 5
2、结果与分析 5
2.1不同原料生物质炭的理化性质 6
2.2不同原料生物质炭的养分特性 6
3、讨论 10
4、结论 11
致谢 12
参考文献： 13
不同原料生物质炭的特性研究
环境科学学生 曾庆涛
引言
引言
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
我国是农业大国，在小麦、水稻、玉米、薯类、棉花、甘鹿和其他农作物收
获籽实后剩余的农业废弃物资源十分丰富。2007年我国各类农作物产生的稻秆总量就达7.28亿t[1]居世界之首，并且平均每年仍以1251.2万t的速度稳步增长，其中，玉米和小麦稻杆产量分别占稻秆总量的36.7%和15.2%。如果这些稻禾干得不到合理的利用，将会出现严重的资源浪费和环境污染问题，还会使农业生态系统的稳定性受到影响。据统计，我国约有1.6亿t的农业稻杆被直接露天焚烧，大量的挥发性有机物、一氧化碳和二氧化碳等在焚烧过程中产生，可占全国总排放的6%11%。为避免产生这些有害气体，可以将稻秆直接还田，从而使土壤有机质得到增加，土壤结构得到改善，土壤保水保肥性能得到提高，但稻轩直接还田会导致不利于大气环境的CO2、CH4等温室气体的大量排放[2]。如果将这些农业稻秆制备成生物质炭并加以利用，不但资源回收率会提高，环境的污染也能得以控制。
在厌氧或者限氧的条件下对生物质进行热解，可产生含碳丰富的固体物质，称为生物质炭[3]。生物质炭的制备可以运用高温碳化法，利用炭化炉对十二种生物质原料进行炭化处理，这个过程分为四个阶段，干燥阶段、预碳化阶段、碳化阶段以及煅烧阶段。另外，温度也会对碳化过程产生影响，不同的炭化温度会产生不同的生物质炭产物，即其固态、气态、液态产物的产量和炭化的工艺类型及炭化的条件有着直接的联系[]。生物质炭的炭化工艺分为四种：慢速炭化，其在炭化的温度条件为中低温即400~600℃，三分之一为固态生物质炭；常速炭化，其炭化温度条件为450~900℃，炭化产物一半为液态，四分之一为固态生物质炭；快速炭化，其炭化温度为中温即500℃，炭化产物大部分为液态，少数固态生物质炭；闪速炭化，温度大于800℃，其产物大部分为气态，少数为固态生物质炭。
生物质炭中含有大量植物所需的营养元素，可以促进土壤养分的循环和植物的生长；生物质炭一般呈碱性，施用生物质炭可以降低土壤的酸度和有毒元素如铝和重金属对植物的毒性；生物质炭表面含有丰富的COOH、COH 和OH等含氧官能团，它们产生的表面负电荷使生物质炭具有较高的阳离子交换量(CEC)，如果将其施入土壤，这些种类的生物质炭都能够显著提高土壤pH、改变土壤质地、增大盐基交换量，从而引起土壤CEC增加[5]。同时，由于这十二种生物质炭含有丰富的含氧官能团，显著增加了离子交换的位点，使离子表面交换活性更高，因此将其施入土壤后，土壤的CEC水平会显著提高，进而影响植物对营养元素的吸收效果[6]。另外，施用生物质炭能显著增大土壤pH，由此降低Al、Cu、Fe等重金属可交换态的含量，与此同时增加Ca和Mg等植物必需元素的可利用性，一方面减轻了有害元素对作物生长过程中的伤害，另一方面增加了植物对营养元素的摄取，从而促进了植株的生长。因此，生物质炭能改变有毒元素的形态，降低有毒元素对作物以及环境的危害，有助于植株正常发育。生物质炭对农药等有机污染物和重金属等有很强的吸附能力，可用于污染土壤的修复；生物质炭具有高度的孔隙结构，可以增加土壤的空隙度和保水能力，降低土壤容重，有利植物根系生长；生物质炭是一种含碳的聚合物，主要由单环和多环的芳香族化合物组成，这种结构特点决定了生物质炭具有较高的化学和生 物学稳定性，较强的抵抗微生物分解的能力，增强了土壤的固碳作用，减少碳向大气的再释放。
目前，鉴于生物质炭的作用十分广泛且有效，对于生物质炭的研究也不绝于耳，生物质炭的研究应用方面也有更多新的展望。生物质资源丰富，具有绿色且可持续发展的特点。未来生物质炭的制备重点是发展绿色、反应条件 温和的转化方法，以及通过选择活化剂种类与含量、活化方法、催化剂种类与含量实现对生物质炭微孔结构［7］、表面官能团的调控。生物质炭在能源领域的应用研究将有利于实现能源多元化，减少对化石燃料的依赖性; 在环境领域的应用研究可有效治理水体或土壤方面的环境污染。生物质炭的应用将注重发展多功能化生物质炭，如改善生物质炭的导电性，赋予生物质炭光敏性或磁场响应性，以满足其在 能源领域的要求，而生物质炭的高效吸附能力、可循环与再生、环境敏感性将拓展其在环境领域的应用［8］。
因此，我们需要更加了解生物质炭的性质、制备过程以及生物质炭的种类及其差异。可用于制备生物质炭的生物原料非常广泛，包括森林竹木、农业稻秆、畜禽废物、污泥等[9]。其中各种原料制备的生物质炭的性质又不尽相同，畜禽废物制备的生物质炭中灰分含量和氮磷钾含量较高，污泥制备的生物质炭种有机物含量较好，森林竹木制备的生物质炭种的养分较低但有机碳含量相对较高，鉴于不同种类生物质原料制备的生物质炭在特性方面存在差异本论文选用小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆以及稻壳等十二种原料进行生物质炭的制备，对着十二种原料制备的生物质炭进行探究。
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