生物炭

化学前沿论文

论文题目：生物炭的应用（综述）

课程名称：化学前沿

学院：化学与化工学院

学生姓名：**

学号：**********

指导老师：**

2015年7 月28 日

生物炭的应用（综述）

摘要

近年来，随着南美亚马逊流域考古发现黑土（black earths）及对其进行深入的研究，了解到生物炭不仅能改变土壤的pH、改变土壤的有机质及土壤的水分，还能改变不同农作物的形态特征，并且能提高全球粮食安全保障，它更能减缓全球气候变化。本文将从生物炭的元素组成及其物理化学性质；生物炭的制备和对土壤理化性质的影响生，物炭对作物物态特征和养分吸收的影响等方面进行综述，以便人们对生物炭有更进一步的了解和重视，从而减少因对生物炭的生产及农用重视程度不够而造成资源的大量浪费。并且用废弃生物质生产生物炭，实现可持续发展道路。

关键词：生物炭、物化特征、影响、展望。

Application of biological carbon (review)

Abstract

In recent years, with the South American Amazon River Basin earths black (black earths) and its in-depth study,To understand the biological carbon can not only change the soil pH, soil organic matter and soil moisture, it can also change the morphological characteristics of different crops, and can improve global food security, it can mitigate global climate change. The from the biological carbon elemental composition and physical and chemical properties; biological activated carbon prepared and on soil physical and chemical properties of effects, carbon on state characteristics of crops and nutrient absorption effect were reviewed, so that people of biochar has further understanding and recognition, thereby reducing the result of biochar production and agricultural utilization degree of attention is not enough to cause resources wasting. And the use of waste biomass production of biological carbon, to achieve sustainable development path.

Key words: biological carbon, physical and chemical characteristics, influence and Prospect.

引言

自从进入21 世纪以来，人们逐渐遭到“环境、能源危机、粮食”等各种因素的影响，并且情况越来越变得严重，因此，不同国家的政府、专家、学者等都在探索着各种能够解决这些危机的办法，但效果却不是很明显。正在这个时候，生物炭以它特有的物化性质、并且具有丰富的资源来源和无限的应用前景而逐渐被人们所认识，并且以“黑色黄金”的美誉著称，它因此也成为了各研究领域的热点之一。

在农业环境领域方面，生物炭能对土壤与水体重金属污染、土壤环境的PH值、农药及化学品残留物等农业有机污染以及农田中温室气体的排放等不良环境都有着积极改良、修复或缓解的作用。

在农作物的生产领域方面，科学家们则从各种不同方面进行了有利的探究，并且表明生物炭所具有的特殊结构和物化性质对于土壤结构及其理化性质的改良以及促进微生物的生长和繁衍、并且在提高农作物产量和质量等方面都有着很重要的作用。

中国不仅是一个人口大国，更是一个农业大国。农业资源严重不足，过度开发已导致生态失衡，环境污染恶化已成为了不争的事实。因此，在农业生产中，必须要很清楚地认识到农业生态环境良性循环的重要性。必须明白“土壤-作物-环境”是相互依存，不可分割的整体。另外，任何资源和环境的提前“支出和消费”，都是对子孙后代的不负责任！所以，确保农业环境安全，对于实现农业可持续发展非常重要。生物炭技术接合了“低碳、环保、可持续”等现代农业发展理念，在治理土壤污染、保护农业环境、维持生态系统平衡、促进农业环境良性循环和可持续发展等诸多方面，都将具有重要的作用和意义[1]。

1.生物炭概述

1.1生物炭的起源

生物炭的研究起源于人们对南美亚马逊流域一种叫―印第安黑土（Terra preta）土壤的发现和关注。黑土是古人类通过刀耕火种的生活从而形成的一种独特的肥沃土壤，并且黑土到现在依旧是全世界最为肥沃的土壤之一。通过人们不断的研究发现，这种黑土中含有着大量木炭，其木炭含量比与之相邻的非黑土土壤要多得多，由于印第安黑土中的木炭主要来源于自然火灾或人们炊事活动燃烧木柴的剩余物，因此这些土壤中传统意义上的黑炭（black carbon）则被认为是生物炭的最初形式[2]。

1.2生物炭的定义

生物炭(biochar)又被称为生物质炭,它在不同的研究阶段则有着不同的名称,其中包括稻壳炭、木炭、竹炭和棺行炭之类。由于生物炭并没有固定的定义，因此从狭义上讲，它一般指的是生物质原料(比如木屑、农作物秸杆、动物的尸体和粪便、淤泥、树叶等等)在完全缺氧或部分缺氧的环境下,并且在一定温度条件（通常温度控制在700 °C以下为宜）通过热解产生的一种含炭元素的固态物质,。而从广义上讲,生物炭则是一种黑炭,它与其他种类黑炭一样，就目前来说，学术界对此还没有形成公认的区分标准[3]。2.生物炭的物理和化学性质

2.1生物炭的元素组成

生物炭中不仅碳含量很高，其氮、磷、钙、钾和镁的含量也比较丰富，并且这些养分元素也是供给植物生长所需的营养元素。生物炭随着它的裂解温度的升高其各元素含量变化不一。例如，生物炭中的氮和碳的含量因燃烧挥发而随裂解温度的升高而变得越来越少，但是钙、钾、镁、磷的含量却随着裂解温度的升高而变得越来越多。

2.2生物炭的比表面积及孔结构特征

生物炭比表面积的大小不仅受到原料种类影响，还受到其裂解温度的影响。一般而言，生物炭的比表面积随着裂解温度升高而逐渐增大。并且研究者还发现当生物炭的热解温度从150℃升高到500℃时，其比表面积则从12 m2·g-1增加到307 m2·g-1。生物炭的孔隙的大小决定了生物炭表面积的大小。按照生物炭孔径的大小可将其孔隙分为大孔隙(> 50 nm)、小孔隙(< 2 nm)和微孔隙(< 0.9 nm)三种类型。大孔隙不仅对土壤的通气