不同原料、热解温度对生物质炭化学性质及结构组成的影响

摘要

[目的]本文旨在研究热解温度和原料对生物质炭化学性质及官能团的影响，为优化生物质炭的化学性能提供科学依据。[方法]以小麦、水稻和玉米秸秆为原料，在3种温度(350、450和550℃)下进行热解，分别得到小麦秸秆生物质炭(WB350、WB450和WB550)、水稻秸秆生物质炭(RB350、RB450和RB550)和玉米秸秆生物质炭(CB350、CB450和CB550)。分析这些生物质炭的pH值、灰分含量、阳离子交换量(CEC)、全碳和全氮含量，采用红外光谱法和~(13)C核磁共振波谱法分析生物质炭化学结构。[结果]当温度从350℃升至550℃时，小麦、水稻和玉米秸秆炭的pH值和C/N值均显著提高，全氮含量均显著降低；水稻和玉米秸秆炭的灰分含量显著提高，而CEC显著降低。从不同原料来看，当温度为350和550℃时，水稻、玉米和小麦秸秆生物质炭的灰分含量依次递减。同一温度下，玉米秸秆炭的CEC显著高于小麦和水稻秸秆炭的CEC。同一温度下小麦、玉米和水稻秸秆炭的全碳含量依次递减；玉米、水稻和小麦秸秆炭的全氮含量依次递减；小麦、水稻和玉米秸秆生物质炭的C/N值依次递减。随着温度的升高，生物质炭中各种芳香族官能团含量增多，脂肪族官能团含量减少。温度为550℃时，水稻秸秆生物质炭的—CH_2和SiO_2的吸收振动强于玉米和小麦生物质炭，水稻、小麦和玉米秸秆炭的芳香性指数依次递减；当温度为350℃时，水稻、玉米和小麦秸秆炭的烷基指数依次递减。[结论]不同温度和原料制备的生物质炭中，550℃热解温度下的生物质炭具有较高的pH值，故推荐施用550℃热解的生物质炭来改良酸性土壤；玉米秸秆生物质炭的CEC较高，有利于提高土壤的肥力水平；而水稻秸秆生物质炭在350℃热解温度下含有较高的灰分含量和较多的脂肪族官能团，而在550℃热解温度下芳香性指数较大，其可能是同时增强土壤肥力和实现土壤固碳减排的潜在良好材料。

关键词

热解温度 / 原料 / 生物质炭 / 化学性质 / 有机质结构