摘要：本文通過(guò)研究總結(jié)了不同生物質(zhì)在不同的熱解溫度下得到的生物質(zhì)炭的理化性質(zhì)的變化，以分析熱解溫度對(duì)生物炭理化性質(zhì)的影響效果。研究結(jié)果表明，不同生物質(zhì)通過(guò)熱解得到的生物炭的產(chǎn)率隨著熱解溫度的升高而降低，而其pH值、灰分含量以及比表面積隨著熱解溫度的上升而顯著增加，說(shuō)明，熱解溫度是影響生物炭理化性質(zhì)變化的主要因素。

關(guān)鍵字：生物炭；熱解溫度；理化性質(zhì)

1. 引言

我國(guó)生物質(zhì)資源豐富，同時(shí)生物質(zhì)又有很高的含碳量，并含有大量的木質(zhì)纖維素可被資源化利用。生物質(zhì)通過(guò)熱解轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)炭，而生物質(zhì)炭因其較好的理化性能，比如更高的含碳量、更大的比表面積和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)等，可以被用來(lái)做吸附劑、催化劑和土壤改良劑等[1，2]。然而原料和熱解條件是影響生物質(zhì)炭理化性質(zhì)的關(guān)鍵因素，而在熱解條件中，熱解溫度又是影響生物質(zhì)炭理化性質(zhì)的決定性因素[3，4]。因此，本文研究總結(jié)了不同生物質(zhì)在不同熱解溫度下熱解得到的生物質(zhì)炭的理化性質(zhì)的變化，以分析熱解溫度對(duì)生物炭理化性質(zhì)的影響效果，以為未來(lái)生物炭應(yīng)用提供一定的理論參考和科學(xué)依據(jù)。

2. 熱解溫度對(duì)不同生物質(zhì)炭的理化性質(zhì)的影響

2.1. 來(lái)源于豬糞生物質(zhì)的生物炭

通過(guò)對(duì)來(lái)源于西班牙的一個(gè)養(yǎng)豬場(chǎng)的豬糞生物質(zhì)在300℃到700℃的區(qū)間范圍內(nèi)進(jìn)行熱解得到豬糞生物質(zhì)炭。豬糞原材的相關(guān)理化性質(zhì)，包括pH值、陽(yáng)離子交換量（CEC）、電導(dǎo)率（EC）、元素C、H、O和N的百分比的值分別為7.12、42.2 cmol kg-1、5.53 dS m-1、36.0 %、5.0 %、36.8 %和2.6 %[5]。通過(guò)對(duì)豬糞生物質(zhì)在300℃、400℃、500℃和700℃的熱解溫度下進(jìn)行熱解，分別得到豬糞生物炭BC300，BC400、BC500和BC700。隨著熱解溫度從300℃到700℃逐漸升高，豬糞生物炭的產(chǎn)率從BC300的55.8 % 顯著下降了20.3 %到BC700的35.5 %，同時(shí)豬糞生物炭的灰分含量從BC300的31.7 % 顯著上升到了BC700的52.1 %，而且豬糞生物炭的pH值也顯著的提升了42.2 % 從BC400的8.61到BC700的12.24。這是因?yàn)?，隨著溫度的升高，豬糞生物質(zhì)里的有機(jī)組分開(kāi)始大量的分解，同時(shí)伴隨著無(wú)機(jī)組分也就是灰分含量的顯著提升。此外，隨著熱解溫度的升高，豬糞生物炭的H、O和N的含量逐漸降低，這是因?yàn)橛袡C(jī)組分分解產(chǎn)生氣體（如CO、N2和H2等），而且表面官能團(tuán)大量分解使得官能團(tuán)元素大量減少。同時(shí)，熱解溫度的上升也顯著的降低了豬糞生物炭中陽(yáng)離子交換量（CEC）。

2.2. 來(lái)源于稻殼生物質(zhì)的生物炭

通過(guò)對(duì)來(lái)源于福建的稻殼生物質(zhì)在300℃到600℃的區(qū)間范圍內(nèi)進(jìn)行熱解得到稻殼生物炭BC300、BC400、BC500和BC600[6]。隨著熱解溫度從300℃升高到600℃，稻殼的比表面積（m2 g-1）從BC300的1.23大幅地上升至BC600的312，這是由于隨著熱解溫度的升高，稻殼生物炭的有機(jī)組分大量分解，使得稻殼生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)得到發(fā)育，從而使得稻殼生物炭的比表面積顯著增大。此外，隨著熱解溫度的升高，稻殼生物炭的灰分含量也有所升高，但增幅不大，這是因?yàn)榈練ど镔|(zhì)自身所含揮發(fā)分含量極高，所含灰分含量極低所致。同時(shí)，稻殼生物炭的C含量隨著熱解溫度上升至600℃，顯著增加到了85.6 %，而其所含H、N和O元素的含量相繼降低，暗示著600℃下熱解而得的稻殼生物炭碳化程度顯著提升。

2.3. 來(lái)源于松木生物質(zhì)的生物炭

通過(guò)對(duì)來(lái)源于美國(guó)的威斯康星州的供應(yīng)商的松木生物質(zhì)在350℃和550℃的熱解溫度下熱解得到松木生物炭BC350和BC550[7]。松木生物質(zhì)的理化性質(zhì)，包括揮發(fā)分含量（%）、灰分含量（%）、固定碳含量（%）、有機(jī)碳含量（%）、pH（mg kg-1）和重金屬（mg kg-1）Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的值分別為89.8、1.8、8.3、47、4.5、1.40、1.7、131.2、1.37、11.80和45.60。隨著熱解溫度的上升，松木生物炭的揮發(fā)分顯著降低，灰分含量略微降低，固定碳、有機(jī)碳和pH顯著增加，重金屬Cd和Ni的濃度下降，重金屬Cr、Cu、Pb和Zn的濃度上升。

3. 熱解溫度對(duì)生物炭理化性質(zhì)的影響分析

通過(guò)上述歸納總結(jié)不同的熱解溫度對(duì)不同生物質(zhì)原料熱解得到的生物炭的理化性質(zhì)的影響研究發(fā)現(xiàn)，隨著熱解溫度的升高，生物質(zhì)炭的產(chǎn)率逐漸下降，這是因?yàn)樯镔|(zhì)中大量的有機(jī)組分被分解并產(chǎn)出大量的氣體（如CO、N2和H2等）或轉(zhuǎn)移到芳香性結(jié)構(gòu)中。而且，隨著熱解溫度的上升，大部分生物炭的灰分含量有所上升，這可能是因?yàn)橛袡C(jī)組分分解并部分通過(guò)縮聚轉(zhuǎn)移至無(wú)機(jī)組分當(dāng)中，使得灰分含量有所上升。除此之外，隨著熱解溫度的上升，生物炭的pH顯著上升，這可能歸因于增大的灰分含量，同時(shí)也可能歸因于熱解溫度的上升使得大量含氧官能團(tuán)的分解導(dǎo)致生物炭pH值增加。然而，因?yàn)殡S著熱解溫度的上升，大量氣體的產(chǎn)生以及含氧官能團(tuán)的大量分解，使得生物炭中的含氧官能團(tuán)元素H、N和O的含量大幅降低，但因?yàn)樯锾恐蠧元素的含量隨熱解溫度的上升而顯著增大，使得摩爾原子比H/C和N/C的比值也隨著熱解溫度的上升顯著降低，這暗示著生物炭隨著熱解溫度的上升，其芳香化程度增加，生物炭的穩(wěn)定性大大提升。此外，隨著熱解溫度的提高，生物炭的比表面積有所增加，這可提高生物炭對(duì)污染物的吸附能力以及對(duì)土壤的保水能力。

4. 結(jié)論

本文通過(guò)研究總結(jié)了熱解溫度對(duì)于不同生物質(zhì)通過(guò)熱解所得生物炭的理化性質(zhì)的影響效果，結(jié)果表明，熱解溫度能夠顯著的影響生物炭的理化性質(zhì)，如產(chǎn)率、pH值、灰分含量以及比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)等，從而改變生物炭的性能以至于影響生物炭的施用效果。

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