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同时还能处理农业、畜牧业产生的废弃物。生物炭是指在高温裂解技术下将生物质材料在无氧或低氧条件下炭化而成的物质,通过扫描电子显微镜观察到生物炭内部是疏松多孔的结构,这种结构增加了生物炭的比表面积、吸附能力、氧化能力和阳离子交换能力。生物炭的研究可以避免燃烧秸秆等资源浪费,减少CO2产生量和排放,减缓全球变暖1。制备生物炭的原料多种多样,有工业废弃物(如酒糟)、农业废弃物(秸秆、稻壳、蔗渣等)、制药废弃物(如中药药渣)、城市垃圾(污泥)等,生物炭的制备不但可以将废物重新利用,将资源最优化分配,还减小了对空气、土壤和水资源的污染2,但是制备生物炭的过程中产生的有毒物质,如多环芳烃对土壤和水生生物的影响仍然不明确3。目前国内外生物炭技术在农业方面的应用主要是处理农业废弃物和修复污染的土壤4,生物炭可以通过影响土壤中的养分循环起到改良土壤的作用5。由于生物炭具有芳香族的结构,使其可溶性较低,熔点和沸点较高。在不同温度条件和设备下,秸秆炭化裂解的过程不同,组成成分、结构及对重金属污染物的吸附能力仍有待研究,在最优化的条件下才能制备生产数量和质量最佳的生物炭产品。目前,已经有一些企业开始探索利用森林和地质储存的生物炭开展经济活动6,推广生物炭的应用对于降低土壤中的重金属含量、植物体内的重金属含量是有效途径之一。全球范围内生物炭的研究者应该进行跨地域的经验共享,才能更好地研究生物炭对环境的效应,降低生产成本,推广生物炭应用,做大生物炭产业。
1生物炭概述
11生物炭的制备技术
传统制备生物炭的技术主要是通过闷烧和热裂解技术,新型的生物炭制备手段和技术主要有限氧热解法、微波裂解技术(微波加热时,使系统内的热量均匀分布,属于内加热方式,对生物质的尺寸没有太多限制,具有较大的应用前景,但是制备生物炭设备的价格昂贵,所以没有得到大范围推广7)、激光和等离子体裂解技术、水热炭化技术(反应条件温和,生物炭产量较高,被认为是制备生物炭较为理想的方法8)等。实验室制备少量的生物炭多采用马弗炉加热,操作简单9。
12生物炭的性质
121生物炭的元素组成生物炭的组成元素有多种,主要有C、H、O、N等,碳元素的含量较高,约为70~80。生物炭的主要成分是烷基和芳香类物质,当热解温度较高时,生物炭中C、P的含量升高,在热解过程中生物质原料中部分养分被浓缩、富集,因此制备的生物炭中P、K、Cr
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