姜 穎

（黑龍江省寰弘農(nóng)業(yè)科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

生物炭（biochar）是由廢棄生物質(zhì)在無氧條件下、完全或部分缺氧的環(huán)境下，通過高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的一類高度芳香化、物化特性穩(wěn)定、抗分解能力強(qiáng)的富含碳素的固態(tài)物質(zhì)，多為粉狀顆粒。另外，生物炭含有大量微小的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，現(xiàn)已成為國內(nèi)外研究的一大熱點(diǎn)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)在生物炭原材料的開發(fā)和制備工藝等方面的研究具有重要意義，可以使廢棄生物質(zhì)有效利用，進(jìn)而改善生態(tài)環(huán)境，并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)及新能源領(lǐng)域方面得到廣泛應(yīng)用。

1 生物炭的制備工藝

我國豐富的生物質(zhì)資源為生物炭的制備提供了優(yōu)異的原材料，如香蒲、蘆葦、玉米秸稈、橘子皮、水葫蘆、辣木籽殼、杏仁殼、胡麻籽殼、甜菜根以及漢麻桿芯等，均可被用來制備生物炭。生物炭的制備工藝為：熱解（慢速、中速和快速熱解）、氣化、水熱碳化、微波碳化及閃蒸碳化等，制備工藝的不同是因在制備條件方面有所差異，最終造成產(chǎn)物構(gòu)成（液體（生物油）、固體（生物炭）、氣體（合成氣體））比例有所不同，具體參照金梁等[1]研究。另外，基于不同的制備工藝及不同程度的改良，形成了物化特性各異，用途不同的生物炭，如齊慧等[2]研究了在生物炭制備過程中采用輻照預(yù)處理促進(jìn)生物炭微孔的均勻形成以及弱芳香化合物的形成。

2 生物炭的主要性質(zhì)

生物炭的主要性質(zhì)包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。物理性質(zhì)主要是指比表面積、顆粒粒徑、孔隙度、吸附性和機(jī)械強(qiáng)度等，生物炭的比表面積大、疏松多孔，吸附能力強(qiáng)。化學(xué)性質(zhì)主要是指元素組成、表面官能團(tuán)種類、O/C比、陰陽離子交換及酸堿度等。生物炭富含碳元素，但因原材料的不同會使制備的生物炭的元素組成（鈣、鉀、鎂等）及含量也有所不同，而其pH值通常呈堿性。生物炭表面官能團(tuán)（酚、醚、醌和酮類物質(zhì)）是吸附和化學(xué)反應(yīng)活性位點(diǎn)，其越豐富，越能更好地清除污染物。

3 生物炭的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

生物炭富含碳元素可作為土壤改良劑，改善土壤的理化性質(zhì)，增加土壤中有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)的含量；其又富含礦質(zhì)養(yǎng)分，可提高土壤吸持水分和養(yǎng)分補(bǔ)給的能力；生物炭可調(diào)節(jié)土壤中微生物菌群結(jié)構(gòu)和生物量及土壤酶活性，提高土壤微生物群落的多樣性、土壤氮磷鉀、有機(jī)質(zhì)、水分含量并促進(jìn)根瘤菌、叢枝狀菌根菌的侵染和繁殖；生物炭具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和較多的表面官能團(tuán)種類使其可減少可溶性離子的損失，提高土壤保持肥水能力和土壤的陽離子交換量（CEC），還能吸附土壤中的重金屬（如Pb、Cd、As、Zn、Cr等）和有機(jī)污染物等；生物炭還可以改善土壤的通透性，改變土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重及密度；生物炭基肥料可提高肥料利用率，其相對于單獨(dú)施用肥料，能夠賦予肥料養(yǎng)分緩釋性。

生物炭對于作物的生長也有影響，對作物生長有促進(jìn)作用，其與肥料、礦物質(zhì)肥配施效果顯著。生物炭除了富含碳素（C）以外，還富含大量的無機(jī)礦物組分，如N、P、K、Ca、Mg、Si、S、Fe等；同時(shí)其吸收的營養(yǎng)成分可被作物根系吸收利用，進(jìn)而促進(jìn)作物的生長發(fā)育，增強(qiáng)產(chǎn)量和品質(zhì)。此外，生物炭因其表面含有特殊物質(zhì)（羥基苯甲酸丁酯和鄰羥基芐醇）還可防止蟲害的發(fā)生。

3.2 環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用

不合理的污水灌溉、廢氣排放、施肥措施、農(nóng)藥和重金屬制品的使用會導(dǎo)致土壤污染，使?fàn)I養(yǎng)元素不能被利用而流入水體中，造成水體富營養(yǎng)化，引起農(nóng)業(yè)面源污染。生物炭的施入不僅可以吸附土壤中的重金屬元素、農(nóng)藥中的有機(jī)污染物，還可以抑制氮、磷的流失，改善農(nóng)業(yè)污染狀況。生物炭作為穩(wěn)定性碳源，固碳能力強(qiáng)，可減少農(nóng)田溫室氣體的排放，影響全球碳循環(huán)[3]。生物炭還在污水處理方面有突出貢獻(xiàn)，可吸附水中的重金屬和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的污染氣體，有效控制污染物排放。

3.3 能源領(lǐng)域方面的應(yīng)用

由于生物炭在理化性質(zhì)方面的優(yōu)點(diǎn)，其在能源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。生物炭極性化性能優(yōu)，在制作直接碳燃料電池時(shí)作為陽極材料，將燃料炭的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，具有少污染物、高能量密度及廣原材料的優(yōu)點(diǎn)[4]。生物炭作為燃料使用，既使廢棄生物質(zhì)得到有效利用，又具有其他生物質(zhì)燃料不具備的優(yōu)點(diǎn)，污染小、熱值高、燃燒性能好、效率高，被廣泛應(yīng)用于供暖、發(fā)電等方面，調(diào)節(jié)我國能源結(jié)構(gòu)。而且，生物炭制備過程中產(chǎn)生的生物油可再利用于合成氨和生物柴油燃料等領(lǐng)域。

4 結(jié)語

生物炭作為一個(gè)重要的資源，在農(nóng)業(yè)、環(huán)境以及能源等方面發(fā)揮著明顯的作用，具有較大的開發(fā)利用潛能。針對不同領(lǐng)域的具體需求，生物炭的制備工藝也有所不同，會使生物炭產(chǎn)生不同的理化性質(zhì)，更好地、更充分地、更有效地得到利用。要加強(qiáng)生物炭深層次的研究，科學(xué)合理的應(yīng)用生物炭，以促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)、環(huán)境、工業(yè)等方面的可持續(xù)發(fā)展。