不同秸秆生物炭的孔隙结构及其差异
不同炭化温度下玉米秸秆和沙蒿生物炭的结构特征及化学特性
不同炭化温度下玉米秸秆和沙蒿生物炭的结构特征及化学特性梁桓;索全义;侯建伟;刘长涛【摘要】掌握不同生物炭材料的结构特征和化学特性是合理利用生物炭的基础.通过无氧炭化法制备了不同炭化温度下的玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭,对比了不同材料和不同炭化温度下生物炭性质的差异.结果表明:炭化温度低于400℃时,两种材料生物炭的孔隙结构保存完整,600℃以上时,两种材料生物炭的蜂窝状结构均遭到破坏,玉米秸秆生物炭被破坏得更严重;同一炭化温度下,玉米秸秆生物炭的比表面积及总孔容和平均孔径均大于沙蒿生物炭,两种生物炭的比表面积随炭化温度的升高均增大,总孔容呈“V”形变化;两种材料的生物炭均呈碱性,炭化温度越高,pH越大,400℃～800℃,每升高10℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的pH均以0.02的幅度增加,同一温度下,玉米秸秆生物炭的pH大于沙蒿生物炭,在400℃、600℃和800℃下分别比沙蒿生物炭高0.31、0.35和0.29单位;随炭化温度的升高,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的C、P、K和灰分含量增加,400℃～800℃,玉米秸秆生物炭的C、P、K含量以炭化温度每升高10℃分别增加2.94、0.11、0.20 g/kg的幅度变化,沙蒿生物炭也以4.35、0.07、0.24 g/kg的幅度增加,与此同时,玉米秸秆生物炭的N、H含量以每升高10℃分别以0.13 g/kg和0.86 g/kg的幅度降低,沙蒿生物炭的N、H含量分别以0.04 g/kg和0.82 g/kg的幅度下降,S含量无明显变化,C/N和C/H增大,且不同材料生物炭的元素含量差异显著;两种材料生物炭的N、P、K有效性随炭化温度的升高均下降,400℃～600℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效N含量分别下降了57.89％和19.05％,800℃时两种生物炭的速效N均接近0 mg/kg,400℃～800℃玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效P含量分别降低了67.41％和52.36％,此时速效K含量也分别降低了45.62％和90.16％.总之,不同材料和炭化温度对生物炭的物理特征和化学特性都有较大影响.【期刊名称】《土壤》【年(卷),期】2015(047)005【总页数】6页(P886-891)【关键词】生物炭;沙蒿;玉米秸秆;孔隙度;比表面积【作者】梁桓;索全义;侯建伟;刘长涛【作者单位】内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特010018【正文语种】中文【中图分类】S158.5目前，生物炭还没有明确的定义，一般认为在低氧或缺氧的环境中，高温处理有机生物质，使生物质中的油和气都被燃烧掉，剩下的部分就是生物炭[1–2]。
农作物秸秆生物炭对土壤改良的作用
农作物秸秆生物炭对土壤改良的作用【摘要】农作物秸秆生物炭是一种在农田土壤改良中具有潜在作用的生物质材料。
本文首先介绍了农作物秸秆生物炭的制备方法，包括生物炭的生产过程和技术。
然后对农作物秸秆生物炭的理化性质进行了分析，探讨了其对土壤养分、微生物和结构的影响。
研究表明，农作物秸秆生物炭可以提高土壤的肥力、改善土壤结构、促进土壤微生物的活性。
文章探讨了农作物秸秆生物炭在土壤改良中的应用前景，提出了一些建议，并强调了其在土壤改良中的重要性。
在未来的研究和实践中，农作物秸秆生物炭有望成为一种有效的土壤改良剂，为提高农田生产力和保护环境作出重要贡献。
【关键词】农作物秸秆生物炭、土壤改良、制备方法、理化性质、养分、微生物、土壤结构、应用前景、建议、重要性。
1. 引言1.1 农作物秸秆生物炭对土壤改良的作用农作物秸秆生物炭是一种在土壤改良中发挥重要作用的环保材料。
通过将农作物秸秆经过热解或氧化还原等方法制成生物炭，可以有效改善土壤质地、提高土壤肥力，并促进植物生长。
其作用主要体现在以下几个方面：1. 富含有机质和微量元素：农作物秸秆生物炭中富含有机质和微量元素，可作为土壤的有机肥料和微量元素供给源，有助于提高土壤肥力和改善土壤质地。
2. 改善土壤结构：农作物秸秆生物炭具有多孔性和大比表面积的特点，可以增强土壤保水保肥的能力，改善土壤通气性和排水性，促进土壤微生物的繁殖和活动。
3. 促进土壤微生物活动：农作物秸秆生物炭中的生物活性物质可以促进土壤微生物的繁殖和活动，提高土壤微生物多样性，加速有机质的分解，从而释放出更多的养分供植物吸收利用。
农作物秸秆生物炭在土壤改良中具有较为广泛的应用前景和重要性，但在实际应用中仍需进一步研究和探索，以提高其改良土壤的效果和效率。
2. 正文2.1 农作物秸秆生物炭的制备方法农作物秸秆生物炭的制备方法可以通过热解法、化学法和生物质氢氧化方法等途径进行。
热解法是较为常见和有效的制备方法之一。
活性炭各种类型的孔隙在吸附过程中的作用
活性炭各种类型的孔隙在吸附过程中的作用活性炭的孔隙大小是不均匀的多分散体系，一般可分为三种类型的孔，即大孔、过渡孔和微孔。
了解每一种孔在吸附过程中的作用是非常重要的，它对活性炭的制造工艺研究、活性炭的应用研究和活性炭的静态和动态吸附理论研究都将起到指导作用。
也可以说研究活性炭（包括其他吸附剂）的各类孔隙在吸附过程中的作用，就是研究活性炭的最核心问题。
那么，在研究活性炭各种类型孔隙在吸附过程中的作用之前，首先我们应该搞清楚下列几个问题：1.活性炭的孔隙结构状况活性炭是多孔性的含碳吸附剂，在每粒活性炭中，都包含有大小不同的孔，这些孔是怎样分布的，有没有一定的规律性。
在这里我们可以形象地比喻活性炭中的孔隙分布好似一棵大树，过渡孔是大孔的分枝，微孔是过渡孔的分枝。
微孔的出口开于大孔和颗粒外表面的总分数，与微孔的出口开于过渡孔表面的分数相比，所占比例是非常小，甚至可以忽略不计。
下面举一例来说明这个问题。
对一般常用活性炭来讲，各类孔隙的比表面积和外表面积为：大孔比表面积 0.5~2m ²/g过渡孔比表面积 20~70m ²/g微孔比表面积 800~1000m ²/g而其外表面积也很小，我们可以用下列公式来进行计算： dp p p n n S 63)3(44==⋅••=γπγπγ式中 n 一颗粒个数P 一固体的密度，m/cm ³.设直径为1.5mm 的球形颗粒活性炭，固体密度为0.5g/cm ³,求它的外表面积：01.0008.015.015.066==⨯==dp S 从对活性炭的外表面积计算的结果来看，活性炭外表面积比起过渡孔和微孔的比表面积，更是微不足道的，即使加上大孔的比表面积，也是可以忽略的。
由此可见活性炭的孔隙结构确实成树枝结构体系。
2.关于活性炭各种孔隙类型的名称目前活性炭的各种类型孔隙名称，叫法很混乱，各种称谓都有。
为了在应用中不发生错误，在这里将它们归纳一下，供大家参考：微型孔，简称微孔，又叫吸附孔，小孔；过渡型孔，简称过渡孔，又称中孔，毛细孔以及输送孔；大型孔，简称大孔，又叫输送孔。
不同粒径生物炭和微塑料共存对菲吸附的影响
不同粒径生物炭和微塑料共存对菲吸附的影响迟杰,邢海文,张海彤,童银栋引用本文:迟杰,邢海文,张海彤,童银栋. 不同粒径生物炭和微塑料共存对菲吸附的影响[J]. 农业环境科学学报, 2022, 41(3): 616-621.在线阅读 View online: https:///10.11654/jaes.2021-0888您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in高铁酸钾/高锰酸钾改性生物炭对Cd2+的吸附研究蒋子旸,徐敏,伍钧农业环境科学学报. 2021, 40(4): 876-883 https:///10.11654/jaes.2020-1123氧化老化过程对生物炭吸附镉的影响及机制何玉垒,宋宁宁,林大松,孙约兵,王芳丽农业环境科学学报. 2021, 40(9): 1877-1887 https:///10.11654/jaes.2021-0310锰氧化物改性生物炭对水中四环素的强化吸附赵志伟,陈晨,梁志杰,崔福义农业环境科学学报. 2021, 40(1): 194-201 https:///10.11654/jaes.2020-0803重金属存在下微塑料对环丙沙星的吸附特征及机制研究刘迪,童非,高岩,卢信,樊广萍,张娅香,张振华农业环境科学学报. 2021, 40(5): 1017-1025 https:///10.11654/jaes.2020-1350生物炭基硫酸盐还原菌(SRB)对Cr(Ⅵ)的吸附效应及作用机制朱晓丽,李雪,寇志健,王军强,尚小清,陈超农业环境科学学报. 2021, 40(4): 866-875 https:///10.11654/jaes.2020-1156关注微信公众号，获得更多资讯信息迟杰，邢海文，张海彤，等.不同粒径生物炭和微塑料共存对菲吸附的影响[J].农业环境科学学报,2022,41（3）：616-621.CHI J,XING H W,ZHANG H T,et al.Effects of the coexistence of biochar and microplastic in different particle sizes on phenanthrene sorption[J].Journal of Agro-Environment Science ,2022,41（3）：616-621.开放科学OSID不同粒径生物炭和微塑料共存对菲吸附的影响迟杰，邢海文，张海彤，童银栋（天津大学环境科学与工程学院，天津300350）Effects of the coexistence of biochar and microplastic in different particle sizes on phenanthrene sorptionCHI Jie,XING Haiwen,ZHANG Haitong,TONG Yindong（School of Environmental Science and Engineering,Tianjin University,Tianjin 300350,China ）Abstract ：Biochar and microplastics normally coexist in the environment,and the interactions between them can influence their sorption of organic pollutants.In this study,polyethylene （PE ）and wheat straw biochar （BC ）with particle size ranging between 0.85~2.00mm and 0.11~0.18cm were selected and named as LPE,SPE,LBC,and SBC,respectively.The properties of these particles were characterized.The concentration and composition of dissolved organic carbon in the equilibrium solution was determined,and the phenanthrene sorption behavior in response to single or mixed particles was studied.The results showed that there were significant differences in the total specific surface area,pore structure,and contents of the surface functional groups between particles of different sizes.The total specific surface areaof SBC （216.32m 2·g -1）was approximately100times as much as that of LBC （2.31m 2·g -1）.The average pore diameter of LBC （8.92nm ）was approximately 4times as much as that of SBC （2.28nm ）.The total specific surface area of SPE （0.17m 2·g -1）was as much as double of that of LPE （0.07m 2·g -1）.As expected,the peak intensity of —OH vibrations in SBC （3400cm -1）was stronger than that in LBC and the peak intensity of the —CH 2vibrations was stronger in SPE than in LPE.The sorption isotherms demonstrated that phenanthrene sorption on particles,fit well with the Freundlich model （R 2>0.94）.The sorptive ability （lg K f ）of a single particle of phenanthrene,was in the order of SBC>SPE>LPE>LBC.When BC and PE microparticles coexist,the lg K f value was higher than what was predicated by the sum of the收稿日期：2021-08-07录用日期：2021-10-14作者简介：迟杰（1964—），女，天津人，博士，教授，主要研究方向为环境化学。
不同热解温度下禾本科植物生物炭理化特性分析
高度芳香化的黑色蓬松固体物质 [1] ,因其具有丰富的表面活性官能团、较多的孔隙度、较大的比表面积
而具有吸附能力强的特性 [2] 。 生物炭的理化性质不但受制备原料影响 [3] ,也因热解温度 [4] 及生产工
艺 [5] 等不同而有所差异。 当前,制作生物炭的原料有作物秸秆、动物粪便和污泥等 [6 - 7] ,作物秸秆是生
关键词:热解温度;灰分;禾本科植物;生物炭
中图分类号:TQ35
文献标志码:A
文章编号:1673-5854(2021)04-0021-08
引文格式:朱启林,曹明,张雪彬,等. 不同热解温度下禾本科植物生物炭理化特性分析[ J] . 生物质化学工程,2021,55(4) :21 28.
制备生物炭,在选择合适热裂解温度的同时,对比分析原料种类对生物炭的元素含量、表面结构等理化
性质的影响,以期为生物炭制备工艺和农业固碳减排提供依据。
1 材料与方法
1. 1 原料、试剂及仪器
王草、水稻秸秆、甘蔗渣和玉米秸秆,海南省三亚市南繁科学技术研究院提供;浓硫酸、溴化钾、氢
氧化钠、硼酸、双氧水,均为分析纯。
Abstract:The biochars I, R, S and M were prepared at 300, 500 and 700 ℃ with the grasses of king grass, rice straw, bagasse
and corn straw as raw materials, respectively. The effects of different pyrolysis temperatures on the structure and composition of
Physicochemical and Infrared Spectroscopic Properties of Gramineae
《基于玉米秸秆芯生物炭吸附剂的制备及性能研究》范文
《基于玉米秸秆芯生物炭吸附剂的制备及性能研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，特别是水体污染问题已成为亟待解决的重大环境问题之一。
在各种水处理技术中，吸附法因其简单高效、成本低廉等优点，受到了广泛关注。
其中，生物炭吸附剂作为一种新型的吸附材料，因其具有多孔结构、比表面积大、吸附能力强等优点，近年来备受瞩目。
本文以玉米秸秆芯为原料，通过制备生物炭吸附剂，研究其制备工艺及性能，为实际应用提供理论依据。
二、材料与方法1. 材料玉米秸秆芯作为制备生物炭吸附剂的原料。
2. 制备方法（1）预处理：将玉米秸秆芯进行清洗、干燥、粉碎等处理。
（2）炭化：将预处理后的玉米秸秆芯放入炭化炉中，在无氧条件下进行高温炭化。
（3）活化：将炭化后的产物进行化学活化或物理活化，以提高其比表面积和吸附性能。
（4）制备完成：将活化后的生物炭进行研磨、过筛，得到所需粒径的生物炭吸附剂。
3. 性能测试采用扫描电子显微镜（SEM）观察生物炭的形貌；利用比表面积及孔径分析仪测定其比表面积和孔径分布；通过吸附实验评价其吸附性能。
三、结果与讨论1. 生物炭的形貌特征通过SEM观察发现，制备得到的生物炭具有多孔结构，孔隙分布均匀，表面粗糙。
这种结构有利于提高生物炭的比表面积和吸附性能。
2. 比表面积和孔径分布比表面积及孔径分析结果表明，制备的生物炭具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构。
其中，中孔和大孔的存在有利于吸附质的传输和扩散，提高吸附效率。
3. 吸附性能研究通过吸附实验发现，制备的生物炭吸附剂对水中的有机污染物具有良好的吸附性能。
在一定的温度和pH值条件下，生物炭对污染物的吸附量随浓度的增加而增加，达到一定浓度后趋于饱和。
此外，生物炭的吸附性能受温度、pH值、共存物质等因素的影响。
在实际应用中，可根据具体需求调整操作条件，以提高生物炭的吸附性能。
四、结论本文以玉米秸秆芯为原料，通过制备生物炭吸附剂，研究了其制备工艺及性能。
《水稻秸秆生物炭对镉的吸附性能研究》
《水稻秸秆生物炭对镉的吸附性能研究》一、引言随着工业化和城市化的快速发展，重金属污染问题日益严重，尤其是镉（Cd）污染，已成为环境科学领域关注的焦点。
镉是一种有毒的重金属，其进入人体后不易被排除，能引起肾脏和骨骼等多系统的损伤。
目前，各种修复技术中，吸附法因其操作简便、成本低廉等优点备受关注。
水稻秸秆作为一种农业废弃物，具有来源广泛、成本低廉等优点，经过炭化处理后的生物炭具有良好的吸附性能。
因此，研究水稻秸秆生物炭对镉的吸附性能，对于解决镉污染问题具有重要的现实意义。
二、材料与方法1. 材料（1）水稻秸秆：采集自本地农田，经过清洗、晾干、破碎等预处理。
（2）镉溶液：采用CdCl2·2.5H2O配制不同浓度的镉溶液。
（3）生物炭：将预处理后的水稻秸秆进行炭化处理，制备生物炭。
2. 方法（1）生物炭的制备：将水稻秸秆在管式炉中，以一定温度和时间进行炭化处理，制备生物炭。
（2）吸附实验：在一定温度下，将生物炭与镉溶液混合，充分搅拌后静置，测定上清液中镉的浓度，计算生物炭对镉的吸附量。
（3）数据分析：采用Excel和SPSS软件进行数据整理和分析。
三、结果与分析1. 生物炭的表征通过扫描电子显微镜（SEM）观察生物炭的形貌，发现生物炭表面具有丰富的孔隙结构，有利于吸附重金属离子。
通过X射线衍射（XRD）分析，发现生物炭中含有大量的无定形碳和石墨化碳。
2. 吸附性能研究（1）吸附等温线在不同温度下，测定生物炭对镉的吸附等温线。
结果表明，随着镉浓度的增加，生物炭对镉的吸附量也逐渐增加。
在相同浓度下，温度越高，生物炭对镉的吸附量也越大。
这表明生物炭对镉的吸附过程是吸热反应。
（2）吸附动力学研究在不同时间点测定生物炭对镉的吸附量，绘制吸附动力学曲线。
结果表明，生物炭对镉的吸附过程符合准二级动力学模型，表明化学吸附是速率控制步骤。
（3）影响因素研究pH值、离子强度和共存离子等因素对生物炭吸附镉的影响进行了研究。
生物质炭结构性质及其对土壤有效养分和腐殖质组成的影响
生物质炭（biochar ）属于黑炭的一种类型，是由植物生物质在完全或部分缺氧情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化的难熔性固态物质[1]，具有高度热稳定性和较强吸附特性。
据估测，全球每年通过生物体燃烧形成的生物质炭数量在50×1012～200×1012g ，且随着人类活动还将不断上升。
常见的生物质炭包括木炭、秸秆炭、竹炭、稻壳炭等[2]，有研究报道生物质炭主要包括碳（一般高达60%以上）、氢、氧等，其次是灰分（包括钾、钙、钠、镁、硅等）。
据Demirbas 报道，生物质炭的元素组成为：C （66.6%~87.9%）、H （1.2%~2.9%）、O （10.6%~26.6%）[3]。
其元素组成由最终炭化温度决定，随着最终炭化温度的升高，其含碳量增加，氢和氧的含量降低，灰分含量亦有所增加[4]。
Abdul 等利用热农业环境科学学报2011,30(10):2075-2080Journal of Agro-Environment Science摘要：生物质炭是具有高度热稳定性和较强吸附特性的含碳物质，不同来源生物质炭的结构性质可能存在着很大的差异。
为此对2种自制的不同来源生物质炭和1种商业黑炭进行了结构表征，并研究了添加生物质炭对土壤有效养分和腐殖质组成的影响。
结果表明，不同来源的生物质炭在结构上有明显区别：秸秆生物质炭的芳构化程度和热稳定性最低，脂族性最强；商业黑炭缩合程度和热稳定性最高，脂族性最弱；松枝生物质炭介于二者之间。
向土壤中添加秸秆生物质炭和松枝生物质炭培养45d 后，土壤有机碳含量、胡敏酸和富里酸含量、有效养分含量都有不同程度的增加，同时胡敏酸的色调系数Δlg K 降低，对土壤有机碳的长期保存有积极意义。
关键词：生物质炭；结构性质；土壤有效养分；腐殖质组成中图分类号：S153.6文献标志码：A 文章编号：1672-2043(2011)10-2075-06生物质炭结构性质及其对土壤有效养分和腐殖质组成的影响周桂玉，窦森*，刘世杰（吉林农业大学资源与环境学院，长春130118）The Structural Characteristics of Biochar and Its Effects on Soil Available Nutrients and Humus CompositionZHOU Gui-yu,DOU Sen *,LIU Shi-jie（College of Resources and Environmental Science,Jilin Agriculture University,Changchun 130118,China ）Abstract ：Biomass-derived charcoal,also named biochar,has the characteristics of high stability against decay and high capability of adsorp －tion,so it can influence the environment through interaction with climate and geology.There is significant difference in structural characteris －tics of biochar which is obtained from wood and agricultural residues by means of different procedures.As one possible source of the compo －nents with high aromatic structure in soil humus,biochar is of great importance in improving soil fertility,and in maintaining the balance of soil ecosystem.The aim of the research is to investigate the structural characteristics of biochar and the effects of it when applied to soil on available nutrients and humus composition.The results showed that there was great difference between chemical structures of biochar which was produced by different biomass.Aliphatic property of maize straw-derived biochar was stronger than that of pine-derived biochar and commercial black carbon;Aromaticity and thermal stability was on the contrary;Properties of pine-derived biochar was just intermediate.Biochar could influence the soil properties,after being added to soil and incubated for 45days,and the content of soil organic matter,humic acid and fulvic acid were more or less increased to different levels.However,humification degree decreased with the increase of incubated time.The application of biochar could also increase the content of available nutrients,especially the content of phosphorus,alcium and mag －nesium.The decreased Δlg K of humic acid had a positive impact on the long-term preservation of soil organic carbon.Keywords ：biochar;structural characteristics;soil available nutrients;humus composition收稿日期：2011－03－22基金项目：973项目（2011CB100503）；国家自然基金（40871107，40971141）；中国科学院知识创新项目（KZCX2－YW－Q1－07）作者简介：周桂玉（1983—），女，吉林长春人，硕士研究生，从事土壤生物化学的研究。
不同原料生物炭理化性质的对比分析
不同原料生物炭理化性质的对比分析孙涛1，朱新萍1，李典鹏1，顾祝禹1，张佳喜2，贾宏涛1*（1.新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830052；2.新疆农业大学机械交通学院，新疆乌鲁木齐830052）收稿日期：2017-06-14录用日期：2017-09-13基金项目：中科院战略先导项目（XDA05050504）；大学生创新研究项目（DXSCX92016040）作者简介：孙涛（1995—），男，江苏盐城人，主要从事农业资源与环境相关研究。
E-mail ：*****************通信作者：贾宏涛E-mail ：******************摘要：为研究不同原料生物炭理化性质的差异，以苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭、污泥生物炭和褐煤生物炭6种生物炭为测试材料，利用傅里叶红外光谱仪和Boehm 滴定法对生物炭表面官能团进行定性和定量分析，用电子扫描显微镜观察生物炭表面形貌，并测定生物炭的pH 值、有机碳含量和阳离子交换量等基本理化性质。
结果表明，除污泥生物炭呈弱酸性外（pH=6.76），其他生物炭均呈碱性（pH=8.49~9.96）。
苜蓿秸秆生物炭有机碳含量最高（588.43g ·kg -1），污泥生物炭最低（168.17g ·kg -1）。
阳离子交换量大小排序为，苜蓿秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭>葡萄藤生物炭>小麦秸秆生物炭>污泥生物炭>褐煤生物炭。
FTIR 图谱表征显示，生物炭表面存在芳香烃类和含氧基团，生物炭的结构以芳环骨架为主。
苜蓿生物炭表面官能团总数最多，污泥生物炭最少。
扫描电镜（SEM ）结果表明，苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭表面有明显孔隙结构，褐煤生物炭和污泥生物炭表面并无明显的孔隙结构。
综上，苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭适用农田土壤改良与培肥，褐煤生物炭和污泥生物炭可尝试用于污染土壤的修复，同时污泥生物炭可用于盐碱土的改良。
秸秆生物炭的研究进展
秸秆生物炭的研究进展王志鹏;陈蕾【摘要】从秸秆生物炭的制备及其改性方法:秸秆生物炭对污染物控制的机理与效果和农业应用方面进行综述,对秸秆生物炭面临的问题以及未来的研究方向提出展望,以期为我国秸秆生物炭的研究提供参考.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2019(048)002【总页数】4页(P444-447)【关键词】秸秆;生物炭;污染控制;农业应用【作者】王志鹏;陈蕾【作者单位】南京林业大学土木工程学院,江苏南京 210000;南京林业大学土木工程学院,江苏南京 210000【正文语种】中文【中图分类】TQ029+.4;X7我国是一个农业大国，随着农业的发展，农作物产量大幅提高，农作物秸秆广泛分布在我们农村地区，其中主要来源为水稻秸秆、玉米秸秆和小麦秸秆，截止2009年，我国农作物秸秆年产量为8.2亿t[1]。
秸秆是农作物收割后残留的茎叶部分，富含植物生长需要的氮、磷、钾、镁、钙和硫等营养元素[2]。
然而目前我国秸秆的资源化利用效率低，经济效益差，不仅造成了资源的浪费而且严重污染环境[3]。
近年来，由于缺乏对秸秆的合理处置方法，农村秸秆的大量焚烧屡禁不止，引发了严重的社会问题，秸秆资源的处置越发引起人们的关注。
近年来，利用农作物秸秆制备生物炭因其突出的效果备受关注。
秸秆生物炭是利用农作物秸秆在低温限氧条件下热解产生的富碳固体[4]。
秸秆生物炭比表面积大和孔隙结构复杂，表面富含丰富的活性官能团，使得生物炭作为吸附剂和催化剂表现出巨大的潜力。
秸秆制备生物炭资源化利用可显著减少温室气体CO2的排放，作为一种新型多功能材料生物炭广泛应用于：水污染控制、改良土壤肥力、土壤固炭、土壤修复、微生物燃料电池电极等方面[5]。
本文综述了秸秆生物炭的制备方法和理化性质，着重总结了秸秆生物炭在污染物修复和农业中的应用，为秸秆生物炭的研究和应用提供借鉴。
1 秸秆生物炭的制备热解法是利用高温在限氧条件下对秸秆进行分解，根据加热速率和热解时间的不同，热解反应可分为快速热解和慢速热解。
《水稻秸秆生物炭对镉的吸附性能研究》
《水稻秸秆生物炭对镉的吸附性能研究》一、引言随着工业化的快速发展，重金属污染问题日益严重，尤其是镉等有毒重金属的污染问题已经成为环境治理的热点问题。
镉是一种具有生物毒性的重金属，能够通过食物链进入人体，对人类健康造成严重危害。
因此，研究有效的重金属吸附材料和吸附技术，对于减少镉等重金属的污染具有重要意义。
近年来，生物炭作为一种新型的吸附材料，因其具有多孔性、高比表面积和良好的化学稳定性等特点，在重金属污染治理方面得到了广泛的应用。
本研究以水稻秸秆生物炭为研究对象，探讨其对镉的吸附性能，以期为镉污染治理提供新的思路和方法。
二、材料与方法1. 材料实验所用的水稻秸秆生物炭由本实验室自行制备。
实验所用的镉溶液由氯化镉配制而成。
2. 方法（1）生物炭的制备：将水稻秸秆进行热解处理，制备生物炭。
（2）吸附实验：在一定的温度、pH值条件下，将不同浓度的镉溶液与生物炭混合，进行吸附实验。
（3）性能分析：采用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱等手段对生物炭进行表征；通过测量吸附前后的镉浓度，计算生物炭对镉的吸附量；通过分析不同因素对吸附性能的影响，探讨生物炭吸附镉的机理。
三、结果与分析1. 生物炭的表征通过扫描电镜观察，生物炭具有多孔性结构，表面粗糙，有利于吸附重金属。
X射线衍射和红外光谱分析表明，生物炭中含有丰富的含氧官能团，这些官能团可能与镉离子发生化学反应，从而提高吸附性能。
2. 生物炭对镉的吸附性能实验结果表明，生物炭对镉的吸附量随着镉浓度的增加而增加，达到一定浓度后趋于饱和。
在一定的温度和pH值条件下，生物炭对镉的吸附性能表现出良好的效果。
此外，生物炭的吸附性能还受到其他因素的影响，如吸附时间、离子强度等。
3. 吸附机理分析根据实验结果和文献报道，生物炭吸附镉的机理主要包括物理吸附和化学吸附。
物理吸附主要是通过生物炭的多孔性结构，将镉离子吸附在孔隙中；化学吸附则是通过生物炭表面的含氧官能团与镉离子发生化学反应，形成稳定的化合物。
稻壳生物炭的制备及性质表征
稻壳生物炭的制备及性质表征黄兆琴;张乃文;刘霞【摘要】以稻壳为原料制备两种不同温度(350 ℃、550 ℃)生物炭, 并对其理化特性进行表征, 结果表明: 550 ℃下制备的稻壳炭中C元素和灰分含量高于350 ℃稻壳炭, 而氢、氮、氧元素含量较低, H/C和(N+O)/C值均低于350 ℃稻壳炭, 说明较高温度下制备的生物炭碳化较为完全, 芳香化程度较高、极性较低.稻壳生物炭具有丰富的管状结构和孔状结构, 生物炭表面含有丰富的官能团如羟基、羧基、醚键、酯羰基等, 较低温度下制备的生物炭中醚键基团和脂肪族物质较多, 较高温度下制备的稻壳炭芳香性较强, 含酯羰基基团较多.%Biochars were prepared by using rice husk under the limited oxygen cracking condition and the different pyrolysis temperatures including 350℃ and 500℃. Several technologies were utilized to analyze the physical or chemical characteristics of biochars. The results showed that the carbon content and ash contents of biochar obtained under 500 ℃were higher than that of 350 ℃, while the content of O, H, N and the ratio of H/C和( N+O)/C were lower. These suggested that the biochar pyrolysis under higher-temperature was carbonized more efficiently and exhibited more aromaticity but lower polarity. The results of SEM showed that the biochars had rich pore structure. The DRIFTS results exhibited that hydroxyl, carboxyl, ether, ester carbony and other functional groups all can be found on the surface of the rice husk-derived biochar. Biochars obtained under lower temperature (350 ℃) possessed more less aliphatic matter and the ether bonds, while the higher temperature biochars (550 ℃) had aromatic compounds.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2018(046)012【总页数】4页(P40-43)【关键词】稻壳;生物炭;性质【作者】黄兆琴;张乃文;刘霞【作者单位】江苏开放大学环境与生态学院,江苏南京 210071;江苏开放大学环境与生态学院,江苏南京 210071;江苏开放大学环境与生态学院,江苏南京 210071【正文语种】中文【中图分类】X131.3我国是农业大国，农业废弃物产量很大，仅农业秸秆产生量高达约8.4亿吨，农业废弃物资源化利用迫在眉睫。
生物质热解制备生物碳化性能实验报告
生物质热解制备生物碳化性能实验报告一、实验背景随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的日益增强，寻找可持续、可再生的能源资源成为当务之急。
生物质作为一种丰富的可再生资源，其热解转化为生物炭的技术引起了广泛关注。
生物炭具有良好的吸附性能、孔隙结构和稳定性，在土壤改良、碳封存、能源储存等领域具有巨大的应用潜力。
本实验旨在研究生物质热解制备生物炭的性能，为其进一步的应用提供理论依据和技术支持。
二、实验目的1、探究不同生物质原料在热解过程中的转化规律和产物分布。
2、分析热解温度、停留时间等参数对生物炭产率和性能的影响。
3、评估生物炭的物理化学性质，如孔隙结构、元素组成、表面官能团等。
4、研究生物炭对重金属离子的吸附性能和在土壤中的改良效果。
三、实验材料与设备1、实验材料选取了常见的生物质原料，包括玉米秸秆、木屑和稻壳。
化学试剂：盐酸、氢氧化钠、硝酸银等，用于分析生物炭的化学性质。
2、实验设备热解炉：采用固定床式热解炉，能够精确控制温度和加热速率。
电子天平：用于称量生物质原料和生物炭的质量。
扫描电子显微镜（SEM）：用于观察生物炭的微观形貌。
比表面积及孔隙度分析仪：测定生物炭的比表面积和孔隙结构。
元素分析仪：分析生物炭的元素组成。
傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）：表征生物炭表面的官能团。
四、实验方法1、生物质预处理将玉米秸秆、木屑和稻壳分别粉碎至一定粒度，然后在 105℃的烘箱中干燥至恒重，备用。
2、热解实验将预处理后的生物质原料分别装入热解炉中，在不同的温度（400℃、500℃、600℃）和停留时间（30min、60min、90min）下进行热解。
热解过程中，产生的气体通过冷凝器冷却收集，固体产物即为生物炭。
3、生物炭性能分析产率计算：生物炭产率＝生物炭质量／生物质原料质量 × 100%。
元素分析：使用元素分析仪测定生物炭中碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）等元素的含量。
孔隙结构分析：采用比表面积及孔隙度分析仪，通过氮气吸附法测定生物炭的比表面积、孔容和孔径分布。
生物炭的结构及其理化特性研究回顾与展望
作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2021, 47(1): 1 18/ ISSN 0496-3490; CN 11-1809/S; CODEN TSHPA9E-mail: zwxb301@本研究由国家重点研发计划项目“稻田生物炭基培肥产品的研制与施用技术”(2016YFD0300904-4)、“生物炭基复合肥料研制与示范”(2017YFD0200802-02), 辽宁省高校重大科技创新平台(生物炭工程技术研究中心)项目，院士专项基金和国家水稻产业技术体系项目(CARS01-46)资助。
This study was supported by the National Key Research and Development Program of China “the Development and Application of Biochar-based Fertilizer in Rice Soil Fertility” (2016YFD0300904-4), the State Key Special Program of Biochar-Fertilizer Technology Re-search and Industrialization Demonstration (2017YFD0200802-02), the Liaoning Province Major Science and Technology Platform for Uni-versity (Biochar Engineering and Technical Research Center), the Special Fund for Academicians, and the National Rice Industrial Technol-ogy System (CARS01-46).*通信作者(Corresponding author): 陈温福, E-mail: wfchen5512@第一作者联系方式: E-mail: biochar_zwm@Received (收稿日期): 2020-03-17; Accepted (接受日期): 2020-08-19; Published online (网络出版日期): 2020-09-22. URL: https:///kcms/detail/11.1809.S.20200922.0920.002.htmlDOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.02021生物炭的结构及其理化特性研究回顾与展望张伟明 修立群 吴 迪 孙媛媛 顾闻琦 鈜张贵 孟 军 陈温福*沈阳农业大学农学院 / 辽宁省生物炭工程技术研究中心, 辽宁沈阳110866摘 要: 作为新兴技术, 生物炭技术及其应用在近年发展迅速, 但由于来源、材质、炭化工艺等存在较大差异, 导致生物炭特性及应用效果千差万别, 研究结果难以比对甚至相悖, 在一定程度上阻碍了生物炭研究与应用的发展。
《基于玉米秸秆芯生物炭吸附剂的制备及性能研究》范文
《基于玉米秸秆芯生物炭吸附剂的制备及性能研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，其中水体污染尤为突出。
因此，寻找高效、环保的水处理技术成为当前研究的热点。
生物炭吸附剂作为一种新型的环保材料，具有来源广泛、制备简单、吸附性能优良等优点，受到了广泛关注。
本文以玉米秸秆芯为原料，研究其生物炭吸附剂的制备方法及性能，为生物炭吸附剂在水处理领域的应用提供理论依据和实践指导。
二、材料与方法1. 材料本实验以玉米秸秆芯为原料，经过粉碎、烘干等预处理后，进行生物炭的制备。
2. 方法（1）生物炭的制备：将预处理后的玉米秸秆芯放入管式炉中，在无氧条件下进行热解，制备生物炭。
（2）生物炭吸附剂的改性：通过化学方法对生物炭进行改性，提高其吸附性能。
（3）性能测试：采用批量平衡法测定生物炭吸附剂对水中污染物的吸附性能，包括吸附容量、吸附速率等指标。
三、实验结果与分析1. 生物炭的制备及表征通过热解玉米秸秆芯，成功制备出生物炭。
扫描电镜（SEM）结果显示，生物炭表面具有丰富的孔隙结构，有利于提高其吸附性能。
X射线衍射（XRD）分析表明，生物炭具有较高的结晶度。
2. 生物炭吸附剂的改性及表征通过化学方法对生物炭进行改性，引入功能性基团，提高其吸附性能。
改性后的生物炭吸附剂表面官能团增多，增强了与污染物分子的相互作用力，从而提高吸附性能。
3. 生物炭吸附剂的性能测试（1）吸附容量：改性后的生物炭吸附剂对水中多种污染物（如重金属离子、有机染料等）具有较高的吸附容量。
实验结果表明，生物炭吸附剂对重金属离子的最大吸附量达到XXmg/g，对有机染料的最大吸附量达到XX%。
（2）吸附速率：改性后的生物炭吸附剂具有较快的吸附速率。
在一定的时间内，生物炭吸附剂能够快速达到吸附平衡，提高水处理效率。
（3）再生性能：生物炭吸附剂具有良好的再生性能。
经过多次再生利用后，其吸附性能仍能保持稳定，降低处理成本。
四、讨论与结论本研究以玉米秸秆芯为原料，成功制备出具有较高吸附性能的生物炭吸附剂。
生物炭主要类型、理化性质及其研究展望
生物炭主要类型、理化性质及其研究展望袁帅;赵立欣;孟海波;沈玉君【期刊名称】《植物营养与肥料学报》【年(卷),期】2016(022)005【摘要】【目的】生物炭作为工农业生产副产品低碳利用的有效手段，其改善土壤及提高作物品质的有益功效已被逐步认识，但对其研究报道分散且差异较大。
对已有研究进行梳理总结，可为生物炭生产施用以及形成有效的产业链提供科学依据。
【主要进展】1）生物炭全碳含量在30%～90%之间，平均64%。
生物炭碳含量由大到小来源依次是木质、秸秆、壳类、粪污和污泥。
秸秆类生物炭碳含量大多为40%～80%，木质类生物炭在60%～85%。
生物炭灰分含量在0～40%之间变动，平均15.52%。
灰分含量由大到小依次是污泥、粪污、秸秆、壳类和木质。
秸秆生物炭灰分含量主要在20%～35%之间，较少为15%；木质炭灰分主要在0～10%范围内。
生物炭碳含量和灰分含量相关系数为–0.77。
裂解温度与生物炭碳灰组分呈正相关，相关系数分别为0.17和0.28。
施入生物炭可以改善土壤状况，生物炭灰分通常对养分贫瘠土壤及沙质土壤的一些养分补充作用较明显。
2）生物炭比表面积绝大多数在0～520 m2/g之间，平均124.83 m2/g，壳类、秸秆、木质、粪污和污泥生物炭比表面积逐渐降低。
秸秆炭比表面积集中在0～200 m2/g以内，木质炭比表面积集中在0～100 m2/g以内。
制备温度与比表面积的相关系数为0.48。
生物炭的孔隙结构能降低土壤容重、降低土壤密度，能较好地去除溶液和钝化土壤中的重金属。
3）生物炭 pH值范围在5～12，平均为9.15。
秸秆、污泥、粪污、木质、壳类生物炭pH值中值逐渐降低。
秸秆生物炭 pH值多集中在8～11范围内，木质生物炭 pH相对一致。
生物炭的 CEC从0到500 cmol /kg都有分布，平均为71.91 cmol/kg。
秸秆类生物炭 CEC值大多集中在0～100 cmol/kg范围内，木质生物炭则在5～10与15～25 cmol/kg范围内均有一定数量的分布。
不同粒径生物炭对苯酚及生物油的吸附性能
林业工程学报，２０２３，８（４）：９５－１０１ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２２１００３３收稿日期：２０２２－１１－０７㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２３－０４－１２基金项目：国际科技创新合作重点项目（２０１８ＹＦＥ０１８３６００）；江苏省自然科学基金（ＢＫ２０２００７９４）；国家自然科学基金（５１８７６０９３，５２１０６２４９）；煤燃烧国家重点实验室开放基金（ＦＳＫＬＣＣＡ２３０４）㊂作者简介：严姗姗，女，研究方向为生物质热化学利用技术㊂通信作者：张书，男，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓ．ｚｈａｎｇ＠ｎｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ不同粒径生物炭对苯酚及生物油的吸附性能严姗姗１，楚生玺２，许昊１，朱浩楠１，陈浩然１，高雯然１，张书１∗（１．南京林业大学材料科学与工程学院，南京２１００３７；２．南京师范大学能源与机械工程学院，南京２１００２３）摘㊀要：为了研究不同粒径对生物炭吸附生物油（尤其是以芳香族化合物为代表的受热易结焦组分）的影响，推动解决生物油结焦问题，选用不同粒径的松木为生物质原料，采用ＣＯ２活化法在８００ħ下制备不同粒径的松木炭并进行一系列表征，研究粒径对于生物炭吸附苯酚及生物油能力的影响㊂实验结果表明：４种不同粒径的生物炭在元素含量㊁表面官能团方面均表现出较小的差异；粒径大的生物炭微孔较丰富㊁石墨化程度略低，这可能与活化过程中热量传递及ＣＯ２的扩散有关㊂此外，生物炭粒径越大，对苯酚和生物油的吸附效果越好，４种粒径的生物炭对生物油中糖类㊁酚类㊁酸类㊁酮类和醛类都具有很好的吸附作用，并且对酸类和酚类物质的选择性较强㊂生物炭对生物油的吸附机制主要为氢键作用㊁π⁃π相互作用㊁静电作用和孔隙填充作用，同时生物炭微孔较多㊁含氧官能团丰富㊁石墨化程度也相对较高，有望对生物油及易结焦的芳香族化合物实现较好的吸附㊂关键词：生物炭；粒径；生物油；苯酚；吸附中图分类号：ＴＫ６㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２３）０４－００９５－０７Ｓｔｕｄｙｏｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂｉｏｃｈａｒｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｎｐｈｅｎｏｌａｎｄｂｉｏ⁃ｏｉｌＹＡＮＳｈａｎｓｈａｎ１，ＣＨＵＳｈｅｎｇｘｉ２，ＸＵＨａｏ１，ＺＨＵＨａｏｎａｎ１，ＣＨＥＮＨａｏｒａｎ１，ＧＡＯＷｅｎｒａｎ１，ＺＨＡＮＧＳｈｕ１∗（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｉｏ⁃ｓｌｕｒｒｙｉｓａｓｌｕｒｒｙｆｕｅｌｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅｍｉｘｔｕｒｅｏｆｂｉｏ⁃ｏｉｌａｎｄｂｉｏｃｈａｒｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｒａｐｉｄｐｙｒｏｌｙｓｉｓｏｆｂｉ⁃ｏｍａｓｓ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ，ａｎｄｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｉｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｔｏｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｏｓｓｉｌｆｕｅｌｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｓｏｆｐｈｅｎｏｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓｉｎｂｉｏ⁃ｏｉｌｔｅｎｄｓｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚｅａｎｄｃｏｋｅｗｈｅｎｂｅｉｎｇｈｅａｔｅｄ，ｓｅｒｉｏｕｓｌｙｈｉｎｄｅｒｉｎｇｔｈｅｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｉｏ⁃ｓｌｕｒｒｙ．Ａｓａｂｙ⁃ｐｒｏｄｕｃｔｏｆｂｉｏ⁃ｏｉｌｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｂｉｏｃｈａｒｉｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇａｄｓｏｒｂｅｎｔａｎｄｃａｔａｌｙｓｔｔｈａｔｃａｎｃｏｎｆｉｎｅｐｈｅｎｏｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓｉｎｐｏｒｅｓｂｙａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｎｔｕｒｎｃａｔａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｇｏｆｐｈｅｎｏｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｌｙｉｎｈｉｂｉｔｓｔｈｅｃｏｋｉｎｇｏｆｂｉｏ⁃ｓｌｕｒｒｙ．Ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆｂｉｏｃｈａｒｍａｙａｆｆｅｃｔｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂｉｏｃｈａｒａｎｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｏ⁃ｓｌｕｒｒｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｌｉｍｉｔｅｄｓｔｕｄｉｅｓａｂｏｕｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｎｂｉｏ⁃ｏｉｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｂｙｂｉｏｃｈａｒｈａｖｅｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙＣＯ２ａｃｔｉｖａｔｉｏｎａｔ８００ħｆｒｏｍｐｉｎｅｗｏｏｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃ⁃ｔｕｒｅｏｆｂｉｏｃｈａｒｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｖａｒｉｏｕｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ．Ｉｎｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ａｓａｍｏｄｅｌｃｏｍｐｏｕｎｄｏｆｂｉｏ⁃ｏｉｌａｒｏｍａｔｉｃｆｒａｃｔｉｏｎ，ｐｈｅｎｏｌｗａｓｆｉｒｓｔｌｙａｄｓｏｒｂｅｄｂｙｂｉｏｃｈａｒ，ａｎｄｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｈｅｎｏｌｂｙｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓ．Ｔｈｅｎｂｉｏ⁃ｏｉｌｗａｓａｄｓｏｒｂｅｄｂｙｂｉｏｃｈａｒｉｎｂｉｏ⁃ｓｌｕｒｒｙ，ａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｂｉｏ⁃ｏｉｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｄｓｏｒｂｅｄｂｙｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｇａｓｃｈｒｏ⁃ｍａｔｏｇｒａｐｈｙ⁃ｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（ＧＣ⁃ＭＳ）ｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｎｂｉｏ⁃ｏｉｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｂｙｂｉｏｃｈａｒｉｎｂｉｏ⁃ｓｌｕｒｒｙｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｏｃｌａｒｉｆｙｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂｉｏｃｈａｒｔｈａｔｃａｎｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙａｄｓｏｒｂａｒｏｍａｔｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓｉｎｂｉｏ⁃ｏｉｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｆｏｕｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓｏｆｐｉｎｅｗｏｏｄｓｈｏｗｅｄｓｍａｌｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔａｌｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｓｕｒｆａｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓ．Ｔｈｅｂｉｏｃｈａｒｗｉｔｈｌａｒｇｅｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｈａｄｒｉｃｈｅｒｍｉ⁃ｃｒｏｐｏｒｅｓａｎｄｓｌｉｇｈｔｌｙｌｏｗｅｒｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｍｉｇｈｔｂｅｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄＣＯ２ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅａｃ⁃ｔｉｖａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆｂｉｏｃｈａｒ，ｔｈｅｂｅｔｔｅｒｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｎｐｈｅｎｏｌａｎｄｂｉｏ⁃ｏｉｌ．Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｈｅｎｏｌｂｙｂｉｏｃｈａｒｗａｓｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｐｓｅｕｄｏｓｅｃｏｎｄ⁃ｏｒｄｅｒｋｉｎｅｔｉｃｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｆｏｕｒｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓｈａｄｇｏｏｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｏｎｓｕｇａｒｓ，ｐｈｅｎｏｌｓ，ａｃｉｄｓ，ｋｅｔｏｎｅｓ，ａｎｄａｌｄｅｈｙｄｅｓｉｎｂｉｏ⁃ｏｉｌ，ａｎｄｗｅｒｅｍｏｒｅｓｅｌｅｃｔｉｖｅｆｏｒａｃｉｄｓａｎｄｐｈｅｎｏｌｓ．Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｍａｉｎｌｙ林业工程学报第８卷ｉｎｃｌｕｄｅｄｈｙｄｒｏｇｅｎｂｏｎｄｉｎｇ，π⁃πｓｔａｃｋｉｎｇ，ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｎｄｐｏｒｅｆｉｌｌｉｎｇ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｂｉｏｃｈａｒｗｉｔｈｍｏｒｅｍｉ⁃ｃｒｏｐｏｒｅｓ，ｒｉｃｈｏｘｙｇｅｎ⁃ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓａｎｄｈｉｇｈｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｃａｎａｃｈｉｅｖｅｂｅｔｔｅｒａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｎｂｉｏ⁃ｏｉｌａｎｄａｒｏｍａｔｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓｗｈｉｃｈａｒｅｅａｓｙｔｏｃｏｋｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｃｈａｒ；ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ；ｂｉｏ⁃ｏｉｌ；ｐｈｅｎｏｌ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ㊀㊀在化石能源日益短缺且造成严重环境污染的当下，生物质能的开发与利用是助力我国早日实现 碳达峰㊁碳中和 目标的重要途径㊂作为生物质高值化利用的重要手段，生物质热解技术能够生产生物油㊁生物炭㊁生物质气㊂将生物炭与生物油混合可制备生物油浆，其作为一种浆体燃料可以用于燃烧㊁热解㊁气化生产热㊁电及可燃气，并且一定程度上解决了生物质能利用过程中普遍存在的问题，如生物质可磨性差㊁与煤混烧或共气化时设备不匹配㊁生物油热值低以及生物炭堆积时易自燃等问题［１］㊂生物油浆燃料提高了生物质的能量密度，便于管道运输［２］，有很大应用潜力㊂然而，由于生物油浆中有８０％（质量分数）以上的生物油，在加热条件下生物油容易发生结焦［３］，这不仅降低了可燃气的收率，并且严重影响了反应器的稳定运行［４］㊂因此，如何有效地抑制生物油浆中的生物油受热后的结焦反应是目前推广生物油浆利用技术的重点和难点㊂现有研究表明，生物油受热结焦主要是因为其中的芳香族化合物之间㊁芳香族化合物与轻质组分之间极易发生聚合反应［３］㊂作为生物油制备的副产物，生物炭具有多孔结构㊁易于调控的碳化学结构和丰富的表面官能团，能够高效吸附多种有机污染物，包括苯酚㊁菲㊁萘等［５－７］，对生物油也有一定的吸附效果［８］㊂通过吸附作用将生物油中易结焦的芳香族化合物分隔在生物炭孔道中，阻碍易结焦物质聚合并降低可流动生物油中易结焦物质的浓度，是原位抑制生物油浆结焦的一种简单有效的方法㊂目前对生物炭作为吸附剂的研究主要集中于生物炭的原料㊁热解温度或改性方法，而生物炭粒径的大小不仅会影响生物炭对化合物的吸附性能［９－１１］，还会影响生物油浆的流变性以及黏度［１２－１４］，从而影响生物油浆的性质㊂因此，粒径对生物炭吸附生物油的影响有待进一步研究㊂笔者以不同粒径的生物炭作为吸附剂，先以苯酚作为生物油芳香族化合物的模型化合物，结合吸附动力学，考察不同粒径生物炭对苯酚的吸附行为，明确了生物炭对生物油中芳香族化合物的吸附作用，再探究生物油浆体系中生物炭粒径对吸附生物油的影响，明确了能够选择性吸附生物油中芳香族化合物的生物炭结构，简单有效地降低了生物油浆可流动生物油中易结焦物质的浓度，为使用生物炭抑制生物油浆结焦提供理论基础㊂１㊀材料与方法１．１㊀试验材料盐酸（分析纯）和丙酮（分析纯和色谱纯），购自南京化学试剂股份有限公司；苯酚（分析纯），购自国药集团化学试剂有限公司；生物油（木材快速热解油），购自荷兰ＢＴＧｂｉｏｌｉｑｕｉｄｓ公司，其理化性质见参考文献［１］㊂１．２㊀试验方法１．２．１㊀不同粒径生物炭的制备将松木屑筛分至２０ １２０目（孔径为０．０７５ ０．８５０ｍｍ）后置于管式炉中热解，条件为：在Ｎ２气氛（５００ｍＬ／ｍｉｎ）下，以１０ħ／ｍｉｎ的速率加热至８００ħ，随后将气体切换为ＣＯ２（２００ｍＬ／ｍｉｎ），持续反应１ｈ，反应结束后在Ｎ２气氛下冷却至室温㊂将冷却后的松木炭用盐酸（０．１ｍｏｌ／Ｌ）酸洗２４ｈ以脱除灰分，再用去离子水水洗至中性，丙酮洗去孔中的焦油，在烘箱中干燥至质量恒定，最后筛分成粒径大小为３９ ７５μｍ㊁７６ １０６μｍ㊁１０７ １５０μｍ和＞１５０μｍ的生物炭样品，分别标记为ＡＢ１㊁ＡＢ２㊁ＡＢ３和ＡＢ４㊂１．２．２㊀生物炭结构表征分别采用ｓｅｒｉｅｓＩＩ型元素分析仪（美国ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ）和２０９Ｆ３Ｔａｒｓｕｓｓｅｒｉｅｓ型热重分析仪（ＴＧ，德国ＮＥＴＺＳＣＨ）对生物炭进行元素分析和工业分析㊂采用Ｋ⁃Ａｌｐｈａ型Ｘ射线光电子能谱仪（ＸＰＳ，美国ＴｈｅｒｍｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）分析生物炭表面碳和氧的元素特征，射线源为ＡｌＫα射线㊂通过ＤＸＲ５３２型拉曼光谱仪（Ｒａｍａｎ，美国Ｔｈｅｒｍｏ）表征生物炭的石墨化程度，激发波长为７８０ｎｍ，激发功为１０ｍＷ㊂分别采用ＶＥＲＴＥＸ８０Ｖ型傅里叶红外光谱仪（ＦＴ⁃ＩＲ，德国Ｂｒｕｋｅｒ）和ＵｌｔｉｍａＩＶ型Ｘ射线衍射（ＸＲＤ，日本Ｒｉｇａｋｕ）分析生物炭的官能团及晶体结构㊂基于氮气吸附⁃脱附法，在温度为７７Ｋ下通过ＢＳＤ⁃ＰＭ４型比表面积与孔径分析仪（北京贝士德仪器科技有限公司）测定生物炭的比表面积（ＳＢＥＴ）㊁微孔体积（Ｖｍｉｃｒｏ）㊁总孔体积（Ｖ）和平均孔径㊂１．２．３㊀苯酚吸附实验用超纯水制备出０，２０，４０，６０，８０和１００ｍｇ／ｋｇ的苯酚溶液，通过ＵＶ⁃２６００ｉ型紫外分光光度计（日６９㊀第４期严姗姗，等：不同粒径生物炭对苯酚及生物油的吸附性能本岛津）测定其吸光度，绘制苯酚的标准曲线；分别称取０．１ｇ不同粒径的生物炭样品加入１００ｍＬ１００ｍｇ／ｋｇ的苯酚溶液中，室温下搅拌使其充分接触，分别在０．１７，０．３４，０．５０，１．００，３．５０，６．００，２２．００，２４．００，２７．００，３０．００，４６．００和４８．００ｈ等时间点取样，使用０．４５μｍ的滤膜过滤后用紫外分光光度计测定滤液中苯酚的质量浓度㊂生物炭对苯酚的吸附容量（ｑｅ）和去除率（Ｒ）计算公式如下：ｑｅ＝（Ｃ０－Ｃｅ）Ｖ／Ｍ（１）Ｒ＝（Ｃ０－Ｃｅ）／Ｃ０[]ˑ１００％（２）式中：Ｃ０为溶液中苯酚的初始质量浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｃｅ为吸附平衡时溶液中苯酚的质量浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｖ为溶液体积，ｍＬ；Ｍ为生物炭的质量，ｇ㊂将吸附苯酚的动力学数据采用拟一级动力学㊁拟二级动力学模型进行拟合，进一步对生物炭苯酚吸附的过程进行探究，相关动力学模型的计算公式如下㊂拟一级动力学方程：ｌｎ（ｑｅ－ｑｔ）＝ｌｎｑｅ－ｋ１ｔ（３）拟二级动力学方程：ｔｑｔ＝１ｋ２ｑ２ｅ＋ｔｑｅ（４）式中：ｔ为反应时间，ｈ；ｑｅ为吸附平衡时单位质量吸附剂的吸附容量，ｍｇ／ｇ；ｑｔ为吸附剂在时间为ｔ时的吸附容量，ｍｇ／ｇ；ｋ１是拟一级动力学模型的速率常数，ｈ－１；ｋ２是拟二级动力学模型的速率常数，ｇ／（ｍｇ㊃ｈ）㊂１．２．４㊀生物油吸附实验将４种粒径的生物炭样品分别与生物油混合均匀制备成生物油浆（生物炭质量占生物油浆总质量的５％），室温下振荡２４ｈ使生物炭对生物油的吸附达到平衡㊂随后，将生物油浆在５０００ｒ／ｍｉｎ的转速下离心，上层为未被吸附的生物油（ＵＡＢＯ），下层为生物炭及被吸附在生物炭中的生物油（ＡＢＯ）㊂抽取出ＵＡＢＯ并反复离心直至无液体分离㊂用丙酮解吸附ＡＢＯ后使用０．４５μｍ的滤膜过滤，得到溶解了ＡＢＯ的丙酮溶液，再用丙酮将ＡＢＯ溶液稀释至３００００ｍｇ／ｋｇ用于气相色谱⁃质谱（ＧＣ⁃ＭＳ）分析测试㊂同时，生物油（ＢＯ）也经丙酮稀释至相同浓度作为空白对照㊂１．２．５㊀生物油吸附结果表征采用Ａｇｉｌｅｎｔ７８９０Ａ型气质联用分析仪（ＧＣ⁃ＭＳ，美国Ａｇｉｌｅｎｔ）分析油相中有机物的组成及含量㊂色谱条件为：ＶＦ⁃１７０１ｍｓ毛细管柱（长ˑ内径ˑ膜厚３０ｍˑ２５０μｍˑ０．２５μｍ）；载气Ｈｅ流量为１ｍＬ／ｍｉｎ，分流比为１０ʒ１；进样口温度为２５０ħ，设置溶剂延迟时间３ｍｉｎ；升温程序设置为４０ħ保持３ｍｉｎ，然后以５ħ／ｍｉｎ的速率上升到２００ħ，再１０ħ／ｍｉｎ上升到２８０ħ，保持３ｍｉｎ㊂质谱条件为：电离方式为ＥＩ，电子轰击能量为７０ｅＶ，扫描范围为５０ ３００ｍ／ｚ㊂根据美国国家标准与技术研究院ＮＩＳＴ１１谱库进行检索并通过峰面积百分比获得生物油样品的成分及相对含量［１５］㊂２㊀结果与分析２．１㊀生物炭结构分析比表面积和孔隙结构直接影响生物炭的吸附性能㊂生物炭结构分析如表１所示，随着生物炭粒径的增大，其ＳＢＥＴ略有增加但总体变化不大；Ｖｍｉｃｒｏ增加较明显，由０．１１７ｍＬ／ｇ增至０．１５６ｍＬ／ｇ；平均孔径减小㊂这说明粒径大的生物炭含有相对更多的微孔，而粒径小的生物炭内部中大孔的比例更高㊂这一现象的原因可能是：粒径大的松木及生物炭颗粒间空隙较多，活化剂ＣＯ２与炭有更好的接触，使其活化反应更充分，所以微孔比例相对更大；小粒径的松木及生物炭颗粒由外层向中心的传质更快，ＣＯ２活化更加剧烈，使其微孔发展成中大孔㊂表１㊀生物炭孔隙结构分析Ｔａｂｌｅ１㊀Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓ生物炭样品ＳＢＥＴ／（ｍ２㊃ｇ－１）Ｖｍｉｃｒｏ／（ｍＬ㊃ｇ－１）Ｖ／（ｍＬ㊃ｇ－１）平均孔径／ｎｍＡＢ１５６９．８０．１１７０．４０２２．８２ＡＢ２５７２．７０．１２５０．３９６２．７７ＡＢ３５７８．２０．１３９０．３９３２．７２ＡＢ４５８０．１０．１５６０．３７８２．６１㊀㊀生物炭的稳定性与固定碳的碳含量有密切联系㊂生物炭的工业分析和元素分析见表２㊂由表２可见，４种粒径的生物炭的固定碳含量均在９０％以上，这保证了生物炭作为吸附剂的可靠性；样品之间挥发分和固定碳含量相差不大㊂生物炭的挥发分㊁固定碳等受热解温度㊁原料的影响较大，受粒径的影响较小［１６］㊂此外，由于松木热解时间较长，松木颗粒由表层向内部的传热充分，因此粒径对生物炭的工业组成的影响很小㊂生物炭中Ｃ㊁Ｈ㊁Ｏ㊁Ｎ㊁Ｓ元素主要构成碳骨架和官能团，Ｈ与Ｃ的原子比反映了生物炭的芳香性㊂由表２可知，４种粒径生物炭的Ｃ含量均在９３％以上，说明碳化程度很高，这与其固定碳的结果相一致㊂同时，４种生物炭的元素含量相差不大，可推断出松木粒径对炭的元素组成影响较小㊂７９林业工程学报第８卷表２㊀生物炭的工业分析及元素分析Ｔａｂｌｅ２㊀Ｐｒｏｘｉｍａｔｅａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓ生物炭样品工业分析／％元素分析ａ／％水分挥发分灰分固定碳ＣＨＯｂＮＳＨ与Ｃ原子比ＡＢ１０．７７７．４４１．４０９０．３９９４．２５０．７０２３．２５９０．２６２０．１２９０．１２ＡＢ２１．０３７．４３１．３２９０．２２９４．０００．６９６３．７６００．２２２０．００００．１２ＡＢ３０．８５６．３８２．２９９０．４８９３．９１０．６３９２．９０２０．２５９０．００００．１１ＡＢ４０．９５６．５３１．８９９０．６３９３．５６０．６４１３．７０９０．２０５０．００００．１１㊀注：ａ表示干燥基；ｂ表示Ｏ质量分数＝１００％－Ｎ质量分数－Ｈ质量分数－Ｃ质量分数－Ｓ质量分数－灰分质量分数㊂㊀㊀ＸＲＤ和拉曼图谱反映了材料的晶体结构特征，可以分析出４种粒径生物炭的碳结构差异㊂如生物炭的ＸＲＤ图（图１ａ）所示，生物炭在２３ʎ和４３ʎ附近都有特征衍射峰，分别对应石墨的（００２）和（１００）晶面，衍射峰均较宽且峰形相近，反映出４种粒径生物炭的结构基本相似，样品均主要为无定形碳［１７］㊂图１ｂ是４种粒径生物炭的拉曼光谱图，可以看到在１３２０和１５８３ｃｍ－１处均有２个非常明显的峰，前者对应碳原子ｓｐ３杂化的Ｄ峰，归属于碳材料中的无定形或缺陷结构，后者对应碳原子ｓｐ２杂化的Ｇ峰，归属于碳材料的石墨化结构㊂一般用Ｄ峰和Ｇ峰的面积或强度比值ＩＤ／ＩＧ来评估生物炭的有序度或石墨化程度［７］，该值越小则说明石墨化程度相对越高㊂随着生物炭粒径的减小，ＩＤ／ＩＧ总体呈略微减小的趋势，说明粒径大的生物炭石墨化程度较低，粒径小的生物炭石墨化程度略高㊂这是由于粒径小使得热量从松木颗粒外层向中心的传递更加迅速，松木颗粒中心在最高温度下的炭化时间相对更长，炭化更加充分，因此石墨化程度略高，性质更加稳定㊂ａ）ＸＲＤ图；ｂ）拉曼光谱；ｃ）红外光谱㊂图１㊀生物炭的ＸＲＤ图㊁拉曼光谱图和红外光谱图Ｆｉｇ．１㊀ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓ，Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒａａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒａｏｆｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓ㊀㊀生物炭中的化学官能团对其吸附性能有一定影响，因此对其进行红外光谱分析，结果如图１ｃ所示㊂３４３５ｃｍ－１处的吸收峰对应羟基（ ＯＨ）伸缩振动，２９２３及２８５３ｃｍ－１处为脂肪族 ＣＨ２伸缩振动，１６３０ｃｍ－１处的吸收峰对应的则是芳香性Ｃ Ｃ伸缩振动以及Ｃ Ｏ的对称或者非对称伸缩振动，在１１１４，１０３１ １０８０ｃｍ－１范围内对应Ｃ Ｏ基团或醚基（Ｃ Ｏ Ｃ）的伸缩振动，６２５ｃｍ－１处的宽峰则对应着碳氢键［１７］㊂由此可知，不同粒径生物炭所含官能团基本一致，且种类丰富，有利于与吸附质之间发生相互作用实现较好的吸附效果㊂Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）常用来表征生物炭的表面原子键合情况㊂将４种生物炭的Ｃ１ｓ峰进行分峰拟合，表面官能团的含量如表３所示㊂由表３可以看出，粒径小的炭的 ＣＯＯＨ含量略高㊁Ｃ Ｏ含量略低，整体上４种生物炭的各类官能团含量差异较小㊂这说明影响生物炭官能团的主要因素有原料㊁热解温度㊁活化剂㊁酸碱改性等，粒径对官能团的影响程度相对较小［１８］㊂表３㊀生物炭的官能团种类及含量Ｔａｂｌｅ３㊀Ｔｙｐｅｓａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓ单位：％生物炭样品ＣＯＣ Ｃ／Ｃ Ｃ／Ｃ ＨＣ ＯＣ Ｏ ＣＯＯＨＡＢ１９３．２８６．０６７１．０６．２６．７１６．１ＡＢ２９２．５１６．５４７０．８６．４６．９１５．９ＡＢ３９２．９２６．２３７１．２６．６６．８１５．５ＡＢ４９３．１２６．０５７０．８６．５６．８１５．９８９㊀第４期严姗姗，等：不同粒径生物炭对苯酚及生物油的吸附性能２．２㊀粒径对生物炭吸附苯酚的影响不同粒径生物炭样品对苯酚的吸附效果如图２ａ所示㊂随生物炭粒径增大，其对苯酚的平衡吸附量增加，最大差值为１１．３５ｍｇ／ｇ，这主要是由于粒径大的生物炭有更多的微孔结构，有利于吸附苯酚㊂在吸附过程的前４ｈ，４种粒径生物炭都表现出较大的吸附速率，其中由于等质量的粒径较小的生物炭表面与溶液的接触面积更大，因此初始吸附速率更大，随后各粒径生物炭的吸附速率明显降低并逐渐达到平衡㊂不同粒径生物炭吸附苯酚的拟一级动力学模型（图２ｂ）的Ｒ２值为０．９３ ０．９５，拟二级动力学模型（图２ｃ）的Ｒ２值均大于０．９９９，接近于１㊂另外，苯酚吸附的实验数据与拟二级动力学模型拟合得到的ｑｅ数值更加符合（表４）㊂因此，拟二级动力学模型更适用于表示这４种生物炭吸附苯酚的动力学过程，这与浒苔生物炭吸附芳香族化合物的结果相一致［６］，表明吸附过程主要受化学吸附的控制，生物炭上可用的活性位点在吸附中起到重要作用㊂图２㊀４种生物炭吸附苯酚的动力学图㊁拟一级动力学拟合和拟二级动力学拟合Ｆｉｇ．２㊀Ｋｉｎｅｔｉｃｐｌｏｔｓ，ｐｓｅｕｄｏｆｉｒｓｔ⁃ｏｒｄｅｒｋｉｎｅｔｉｃｆｉｔｔｉｎｇａｎｄｐｓｅｕｄｏｓｅｃｏｎｄ⁃ｏｒｄｅｒｋｉｎｅｔｉｃｆｉｔｔｉｎｇｏｆｐｈｅｎｏｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｎｆｏｕｒｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓ表４㊀拟一级和拟二级动力学模型拟合参数Ｔａｂｌｅ４㊀Ｆｉｔｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｐｓｅｕｄｏｆｉｒｓｔ⁃ｏｒｄｅｒａｎｄｐｓｅｕｄｏｓｅｃｏｎｄ⁃ｏｒｄｅｒｋｉｎｅｔｉｃｍｏｄｅｌｓ生物炭样品拟一级动力学拟二级动力学ｑｅ／（ｍｇ㊃ｇ－１）ｋ１／（ｈ－１）Ｒ２ｑｅ／（ｍｇ㊃ｇ－１）ｋ２／［ｇ㊃（ｍｇ㊃ｈ）－１］Ｒ２ＡＢ１１４．７０７０．０６２５０．９３６７７８．８６４０．０２１００．９９９４ＡＢ２１５．４９００．０６８４０．９３３９７８．２４７０．０２２３０．９９９６ＡＢ３２１．８６３０．０７５４０．９４７６８２．８５００．０１５９０．９９９５ＡＢ４２８．２６４０．０７８４０．９３８７８５．６９００．０１２１０．９９９３图３㊀４种生物炭对生物油的吸附率及被吸附的生物油相对原始生物油的各组分含量变化Ｆｉｇ．３㊀Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｂｉｏ⁃ｏｉｌｂｙｔｈｅｆｏｕｒｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｃｏｎｔｅｎｔｏｆｅａｃｈｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｂｉｏ⁃ｏｉｌａｄｓｏｒｂｅｄｂｙｔｈｅｆｏｕｒｂｉｏｃｈａｒｓａｍｐｌｅｓｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｂｉｏ⁃ｏｉｌ２．３㊀粒径对生物炭吸附生物油的影响４种生物炭对生物油的吸附率及被吸附的生物油相对原始生物油的各组分含量变化见图３㊂由图３ａ可见，随着粒径的增大，生物炭对于生物油的吸附率明显增加，其原因是其含有更多的微孔结构对生物油分子的毛细作用更明显，且能够使生物油中的分子通过孔隙截留作用不被离心分离出来㊂Ｚｈａｎｇ等［８］的研究也认为生物炭孔隙的尺寸效应会影响生物炭吸附生物油㊂此外，炭的粒径越小，生物油在其外表面的表面张力越大，生物油浆的黏９９林业工程学报第８卷度也随之增加［１９］，吸附的阻力越大，使得生物油不易进入生物炭孔隙内部㊂生物油通过ＧＣ⁃ＭＳ检测出的组分信息如表５所示㊂由表５可见，生物油样品含有糖类㊁酚类㊁酸类㊁酮类㊁醛类㊁醇类等组分㊂被吸附的生物油中各类组分的浓度相较于原始生物油均有显著增加（图３ｂ）；４种生物炭对生物油组分选择性最强的是酸类，其次是酚类物质；醛类和醇类物质的含量随生物炭粒径的增大有显著增加，其余组分的含量受炭的粒径影响较小㊂表５㊀生物油组分信息Ｔａｂｌｅ５㊀Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｂｉｏ⁃ｏｉｌ组分化合物保留时间／ｍｉｎ糖类左旋葡聚糖３４．４８０酚类愈创木酚１８．５１２间甲酚１９．５７０２⁃（３⁃羟基苯基）乙醇２０．５９６２⁃甲氧基⁃４⁃甲基苯酚２１．４２６２，５⁃二甲基苯酚２１．８７３４⁃乙基⁃２⁃甲氧基苯酚２３．６７３丁香酚２５．８１２２，４⁃二羟基苯丙酮２５．８８８异丁香酚２７．２１９（Ｅ）⁃２⁃甲氧基⁃４⁃（１⁃丙烯基苯酚）２８．５８３香兰素２９．０３０２⁃甲氧基⁃４⁃丙基⁃苯酚３０．４３２香草乙酮３０．９３４４⁃羟基⁃３⁃甲氧基⁃苯丙酮３２．０９１松柏醇３３．１７０高香草酸３４．８８４４⁃羟基⁃邻甲氧基肉桂醛３７．１２１酸类乙酸５．２０７丙酸７．８２０β⁃羟基异戊酸１１．８８４３⁃羟基月桂酸２１．５６７酮类羟基丙酮６．０６３１⁃羟基⁃２⁃丁酮８．７９０２⁃环戊烯酮１０．６００２⁃甲基⁃２⁃环戊烯⁃１⁃酮１２．３６４２⁃羟基⁃２⁃环戊烯⁃１⁃酮１４．１１０３⁃甲基⁃２⁃环戊烯⁃１⁃酮１５．３６５２（５Ｈ）⁃呋喃酮１５．７９６Ｄ甲基环戊烯醇酮１７．０２９醇类（Ｒ）⁃１，２⁃丙二醇５．０４３羟乙醛４．４３２醛类丁二醛１０．２３１糠醛１０．７１７２．４㊀吸附机制生物油的芳香族组分种类繁多，其中大部分是结构复杂难以检测的含苯环结构的木质素低聚物，因此本研究中以结构最简单也最典型的苯酚作为生物油中芳香族组分的代表物对生物炭吸附生物油的机制进行分析㊂上述结果表明，４种粒径生物炭对生物油和苯酚都有很好的吸附效果，对生物油中的酸类和酚类的选择性较高，这是由于生物炭样品都含有丰富的含氧官能团（羟基㊁羧基㊁醚基和羰基等），其电负性强㊁活性较高，能够与生物油中的酸类㊁酚类物质通过氢键作用㊁静电作用相结合［１５］，同时，虽然粒径大的生物炭的石墨化程度略低，但本研究中的生物炭样品在８００ħ下制备，石墨化程度都相对较高且整体上相差不大，其类石墨结构的芳香环均能够较好地与酚类的苯环结构形成π⁃π共轭［２０］，生物炭发达的孔隙结构也能为吸附质提供大量的吸附位点㊂另外，生物炭吸附苯酚和生物油的量都随粒径增大而增加，这主要是粒径大的生物炭有着更大的微孔比例和合适的孔道结构，为分子进入生物炭内部并被活性位点吸附且不被离心分离出来提供了条件㊂同时，对苯酚动力学拟合的结果显示吸附作用以化学吸附为主导，因此推断生物炭主要通过氢键㊁π⁃π相互作用，也受到孔隙填充和静电作用吸附生物油中的芳香族化合物；对生物油的吸附机制也主要为氢键作用㊁π⁃π相互作用㊁孔隙填充作用和静电作用［２１］㊂综上所述，芳香族化合物是生物油中极易受热结焦的组分，因此本研究中生物炭对芳香族化合物的吸附有利于热态下生物炭将其阻隔在炭孔道内，降低其反应浓度，从而抑制生物油浆结焦，预防反应器㊁管道的堵塞并促进生物油浆的利用㊂３㊀结㊀论笔者以不同粒径的生物炭作为吸附剂，结合吸附动力学，考察不同粒径生物炭对苯酚的吸附行为，探究了生物油浆体系中生物炭粒径对吸附生物油的影响，并明确了能够选择性吸附生物油中芳香族化合物的生物炭结构，主要结论如下：１）通过对生物炭的表征发现，４种粒径生物炭样品的元素含量㊁含氧官能团含量相近，但粒径大的炭微孔结构更多㊁石墨化程度略低㊂２）在吸附过程中，生物炭粒径会影响其对以苯酚为代表的生物油芳香族组分的吸附量和对生物油的吸附率，粒径大的炭的吸附效果均优于粒径小的炭，原因主要是粒径大的生物炭有着更大的微孔体积和合适的孔道结构，为苯酚及生物油分子进入生物炭内部并被活性位点吸附且不被离心分离出来提供了条件㊂此外，生物炭对苯酚的吸附过程００１㊀第４期严姗姗，等：不同粒径生物炭对苯酚及生物油的吸附性能符合拟二级动力学模型，生物炭吸附生物油中的芳香族化合物主要通过氢键㊁π⁃π相互作用，也受到孔隙填充作用和静电作用㊂３）通过ＧＣ⁃ＭＳ分析发现，被吸附的生物油中有机组分的浓度均有提高，并且生物炭对生物油组分中酸类和酚类物质的吸附选择性强㊂这是由于生物炭中的含氧官能团可以通过氢键作用吸附生物油中的有机组分，且类石墨结构能够与酚类形成π⁃π相互作用㊂４）生物炭微孔较多㊁含氧官能团丰富㊁石墨化程度也相对较高，有利于通过吸附作用把生物油中易结焦的芳香族化合物分散在炭孔道内，从而降低其反应浓度，进而抑制生物油浆结焦，促进生物油浆的利用，推广生物质能源的应用㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ＹＡＮＳ，ＣＨＥＮＨ，ＺＨＵＨ，ｅｔａｌ．Ｅｎｈａｎｃｅｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｂｉｏ⁃ｏｉｌｏｎａｃｔｉｖａｔｅｄｂｉｏｃｈａｒｉｎｓｌｕｒｒｙｆｕｅｌｓａｎｄｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０２３，３３８：１２７２２４．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｆｕｅｌ．２０２２．１２７２２４．［２］ＷＵＨＷ，ＹＵＹ，ＹＩＰＫ．Ｂｉｏｓｌｕｒｒｙａｓａｆｕｅｌ．１．ｖｉａｂｉｌｉｔｙｏｆａｂｉｏ⁃ｓｌｕｒｒｙ⁃ｂａｓｅｄｂｉｏｅｎｅｒｇｙｓｕｐｐｌｙｃｈａｉｎｆｏｒｍａｌｌｅｅｂｉｏｍａｓｓｉｎｗｅｓｔｅｒｎＡｕｓｔｒａｌｉａ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｆｕｅｌｓ，２０１０，２４（１０）：５６５２－５６５９．ＤＯＩ：１０．１０２１／ｅｆ１００８１０５．［３］熊哲，邓伟，刘佳，等．生物油非催化热转化过程中受热结焦特性研究进展［Ｊ］．化工进展，２０２２，４１（４）：１８０２－１８１３．ＤＯＩ：１０．１６０８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－６６１３．２０２１－０８５０．ＸＩＯＮＧＺ，ＤＥＮＧＷ，ＬＩＵＪ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｃｏｋｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｉｏ⁃ｏｉｌｄｕｒｉｎｇｎｏｎ⁃ｃａｔａｌｙｔｉｃｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｏｇｒｅｓｓ，２０２２，４１（４）：１８０２－１８１３．［４］ＧＡＯＷＲ，ＺＨＡＮＧＭＭ，ＷＵＨＷ．Ｂｅｄａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｂｉｏ⁃ｏｉｌｆａｓｔｐｙｒｏｌｙｓｉｓｉｎａｆｌｕｉｄｉｚｅｄ⁃ｂｅｄｒｅａｃｔｏｒ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｆｕ⁃ｅｌｓ，２０１８，３２（３）：３６０８－３６１３．ＤＯＩ：１０．１０２１／ａｃｓ．ｅｎｅｒｇｙｆｕｅｌｓ．８ｂ００３３３．［５］ＬＡＭＩＣＨＨＡＮＥＳ，ＢＡＬＫＫＣ，ＳＡＲＵＫＫＡＬＩＧＥＲ．Ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃａｒｏｍａｔｉｃｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ（ＰＡＨｓ）ｒｅｍｏｖａｌｂｙｓｏｒｐｔｉｏｎ：ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２０１６，１４８：３３６－３５３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ．２０１６．０１．０３６．［６］ＱＩＡＯＫ，ＴＩＡＮＷ，ＢＡＩＪ，ｅｔａｌ．ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒｆｒｏｍＥｎ⁃ｔｅｒｏｍｏｒｐｈａｐｒｏｌｉｆｅｒａａｎｄｉｔｓｕｓｅｆｏｒｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｏｆｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃａｒｏ⁃ｍａｔｉｃｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ（ＰＡＨｓ）ｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｃｏｔｏｘｉ⁃ｃｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳａｆｅｔｙ，２０１８，１４９：８０－８７．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｅｃｏｅｎｖ．２０１７．１１．０２７．［７］ＧＡＯＷ，ＬＩＮＺ，ＣＨＥＮＨ，ｅｔａｌ．ＲｏｌｅｓｏｆｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓｏｆＮ⁃ｄｏｐｅｄａｃｔｉｖａｔｅｄｂｉｏｃｈａｒｆｏｒｐｈｅｎｏｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎａｌｙｔｉｃａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＰｙｒｏｌｙｓｉｓ，２０２２，１６７：１０５７００．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊａａｐ．２０２２．１０５７００．［８］ＺＨＡＮＧＭＭ，ＳＨＥＮＱＱ，ＷＵＨＷ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｉｏ⁃ｏｉｌｏｎｂｉｏｃｈａｒｉｎｂｉｏｓｌｕｒｒｙｆｕｅｌｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｆｕｅｌｓ，２０１７，３１（９）：９６１９－９６２６．ＤＯＩ：１０．１０２１／ａｃｓ．ｅｎｅｒｇｙｆｕｅｌｓ．７ｂ０２０４１．［９］ＪＩＮＺＬ，ＸＩＡＯＳＪ，ＤＯＮＧＨＲ，ｅｔａｌ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓｂｙｂｉｏｃｈａｒ：ｏｖｅｒｌｏｏｋｅｄｒｏｌｅｏｆｂｉｏｃｈａｒ ｓｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２２，４２２：１２６９２８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｈａｚｍａｔ．２０２１．１２６９２８．［１０］ＣＨＩＪ，ＸＩＮＧＨＷ，ＺＨＡＮＧＨＴ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｂｉｏｃｈａｒａｎｄｍｉｃｒｏｐｌａｓｔｉｃｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓｏｎｐｈｅｎａｎｔｈｒｅｎｅｓｏｒｐｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｇｒｏ⁃ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｃｉ⁃ｅｎｃｅ，２０２２，４１（３）：６１６－６２１．［１１］陈鹏崟，王豪吉，路文静，等．不同粒径烟秆炭对铅和镉离子的吸附特性研究［Ｊ］．云南师范大学学报（自然科学版），２０２２，４２（４）：５５－６０．ＤＯＩ：１０．７６９９／ｊ．ｙｎｎｕ．ｎｓ－２０２２－０５２．ＣＨＥＮＰＹ，ＷＡＮＧＨＪ，ＬＵＷＪ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｏｂａｃｃｏｓｔａｌｋ⁃ｂｉｏｃｈａｒｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓｏｎｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｃａｄｍｉｕｍａｎｄｌｅａｄｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹｕｎａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ），２０２２，４２（４）：５５－６０．［１２］ＴＡＮＧＳＡＴＨＩＴＫＵＬＣＨＡＩＣ，ＷＥＥＲＡＣＨＡＮＣＨＡＩＰ，ＴＡＮＧ⁃ＳＡＴＨＩＴＫＵＬＣＨＡＩＭ．Ｒｈｅｏｌｏｇｙａｎｄｆｕｅｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｌｕｒｒｉｅｓｏｆｃｈａｒａｎｄｂｉｏ⁃ｏｉｌｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｓｌｏｗｐｙｒｏｌｙｓｉｓｏｆｃａｓｓａｖａｐｕｌｐｒｅｓｉｄｕｅａｎｄｐａｌｍｓｈｅｌｌ［Ｊ］．ＴｈｅＫｏｒｅａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，２９（１２）：１７１３－１７２１．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ１１８１４－０１２－００４６－８．［１３］ＦＥＮＧＰ，ＨＡＯＬ，ＨＵＯＣ，ｅｔａｌ．Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｏａｌｂｉｏ⁃ｏｉｌｓｌｕｒｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ，２０１４，６６：７４４－７４９．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｅｎｅｒｇｙ．２０１４．０１．０９７．［１４］ＣＨＥＮＲ，ＷＩＬＳＯＮＭ，ＬＥＯＮＧＹＫ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｒｈｅ⁃ｏｌｏｇｙｏｆｂｉｏｃｈａｒ，ｌｉｇｎｉｔｅｃｈａｒａｎｄｃｏａｌｓｌｕｒｒｙｆｕｅｌｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１１，９０（４）：１６８９－１６９５．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｆｕｅｌ．２０１０．１０．０４１．［１５］黄勇，刘沙沙，吴益霜，等．丁香酚在生物质半焦催化下的转化行为［Ｊ］．林业工程学报，２０２１，６（２）：９４－１００．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２００６０４４．ＨＵＡＮＧＹ，ＬＩＵＳＳ，ＷＵＹＳ，ｅｔａｌ．Ｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｅｕ⁃ｇｅｎｏｌｏｖｅｒｂｉｏ⁃ｃｈａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，６（２）：９４－１００．［１６］刘慧冉，谢昶琰，康亚龙，等．不同裂解温度对梨树枝条生物炭理化性质的影响［Ｊ］．南京农业大学学报，２０１９，４２（５）：８９５－９０２．ＤＯＩ：１０．７６８５／ｊｎａｕ．２０１８１００１４．ＬＩＵＨＲ，ＸＩＥＣＹ，ＫＡＮＧＹＬ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｙ⁃ｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｎｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｏｃｈａｒｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｐｅａｒｂｒａｎｃｈｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉ⁃ｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１９，４２（５）：８９５－９０２．［１７］ＳＨＥＮＹ，ＦＵＹ．ＫＯＨ⁃ａｃｔｉｖａｔｅｄｒｉｃｅｈｕｓｋｃｈａｒｖｉａＣＯ２ｐｙｒｏｌｙｓｉｓｆｏｒｐｈｅｎｏｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＴｏｄａｙＥｎｅｒｇｙ，２０１８，９：３９７－４０５．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｍｔｅｎｅｒ．２０１８．０７．００５．［１８］ＺＨＡＮＧＸＹ，ＧＡＯＢ，ＥＬＩＳＥＣＡ，ｅｔａｌ．ＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆＶＯＣｓｏｎｔｏｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ：ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚ⁃ａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１７，３３８：１０２－１２３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｈａｚｍａｔ．２０１７．０５．０１３．［１９］ＡＢＤＵＬＬＡＨＨ，ＭＯＵＲＡＮＴＤ，ＬＩＣ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｓｌｕｒｒｙａｓａｆｕｅｌ．３．ｆｕｅｌａｎｄｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｏｓｌｕｒｒｙｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅｂｉｏ⁃ｏｉｌａｎｄｂｉｏｃｈａｒｏｆｍａｌｌｅｅｂｉｏｍａｓｓｆａｓｔｐｙｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｆｕｅｌｓ，２０１０，２４（１０）：５６６９－５６７６．ＤＯＩ：１０．１０２１／ｅｆ１００８１１７．［２０］ＣＨＥＮＧＮ，ＷＡＮＧＢ，ＷＵＰ，ｅｔａｌ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｅｍｅｒｇｉｎｇｃｏｎ⁃ｔａｍｉｎａｎｔｓｆｒｏｍｗａｔｅｒａｎｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒｂｙｍｏｄｉｆｉｅｄｂｉｏｃｈａｒ：ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｏｌｌｕｔｉｏｎ（Ｂａｒｋｉｎｇ，Ｅｓｓｅｘ：１９８７），２０２１，２７３：１１６４４８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｅｎｖｐｏｌ．２０２１．１１６４４８．［２１］ＢＩＮＧＢＩＮＧＱ，ＱＩＡＮＮＩＳ，ＪＩＣＨＥＮＧＳ，ｅｔａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｃｈａｒｆｏｒｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｆｒｏｍｗａｓｔｅｗａｔｅｒ：ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ［Ｊ］．ＳｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，３００：１２１９２５．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｓｅｐｐｕｒ．２０２２．１２１９２５．（责任编辑㊀李琦）１０１。
不同秸秆生物炭的孔隙结构及其差异
不同秸秆生物炭的孔隙结构及其差异
秸秆生物炭(Biochar)是指利用有机物和碳掺杂而成的特殊炭类材料。
它既具有优异的孔隙结构特征，又能将有机物或碳酸盐物质封存于孔隙体系中，因此拥有众多绿色特性，是土壤增碳的有效手段之一。
秸秆生物炭的孔隙结构主要受多种因素的影响，如气候、地块和秸秆来源等，从而使其具有类似的孔隙结构。
一般来说，秸秆生物炭的孔隙结构分为两种：粒状孔隙和网状孔隙。
粒状孔隙结构可能来源于生物炭的制备过程，它主要由大孔的细小毛孔组成，可以提供较大的表面积；网状孔隙结构更稳定，可以有效存储有机物和水等物质，同时拥有µm级别的小孔径和较大的比表面积。
此外，秸秆生物炭不同孔隙结构之间也存在着一定的差异。
例如，一种孔隙结构的生物炭可能比另一种的总孔隙面积更大，拥有更宽的孔隙夹层，可以提供更多的表面积；而另一种可能具有更多的小孔和更容易形成渗透性孔隙，使其能够有效封存更多的有机物质。
因此，可以看出秸秆生物炭的孔隙结构具有较强的多样性，而不同孔隙结构之间也存在着差异。
它们在土壤环境中���够在提高表面积、促进水循环等方面发挥重要作用，从而“绿色化”农田土壤。
生物炭简介
生物炭简介
姓名：刘遵奇 学号：20112310
⒊
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与其他形式炭的比较
概念 生物炭Biochar 炭Char
内涵
强调生物质原料来源和农业科学、环境科学中的应用，主要用于土 壤肥力改良、大气碳库增汇减排以及受污染环境修复 。 泛指炭材料，尤其强调天然火在自然状态下烧制形成 。
木炭/炭黑Charcoa
农业炭Agrichar 活性炭Activated carbon
从理论上看，生物炭理论基础浅易而不高深， 技术手段成熟而不繁琐，使得这项技术有着在 世界各地广泛应用的巨大潜力。
推广的当务之急是根据工农业应用的具体需要 针对性地优化生物炭的特性
发展与展望
另外人们需要开发一个生物炭的生产模 式，来确保他既能降低温室气体，又能 简单方便的在不发达国家的农场使用， 并且在发达国家大型农场中使用。
最后，要切实有经济上的刺激，从而提 高人们收集和处理废物的积极性。
The end, thank you !
碳循环示意图
碳汇 碳负
⒐
生物炭在环境方面的应用价值
炭捕捉 一般情况下大气、土壤和海洋三者由生物
质作用通过碳循环够成平衡；但自工业革命以 后，由于人类活动的加剧，有机质分解加剧， 导致空气中的CO2浓度增加，致使平衡被打破， 也就是导致温室效应。
生物炭具有独特的稳定性，可将二氧化碳捕捉 并埋藏在土壤中几千年不会改变，达到很好的 碳封存效果。
泛指各类有机质不完全碳化生成的残渣，包括炭黑、生物炭、活性 炭、焦炭等各种炭质材料。
生物炭的孔隙结构作用_解释说明以及概述
生物炭的孔隙结构作用解释说明以及概述1. 引言1.1 概述生物炭是一种由生物质经过热解或炭化而得到的碳负载材料。
它具有特殊的孔隙结构，这使得它在许多领域都具有广泛的应用前景。
本文旨在探讨生物炭的孔隙结构对其性质和环境影响的作用，并提供相关综述。
1.2 文章结构文章主要分为五个部分，下面将对各个部分进行简要介绍：第二部分首先介绍了生物炭的基本概念、特点和制备方法。
我们将描述不同类型和来源的生物质如何通过加热处理转化为生物炭，并介绍其制备工艺中可能涉及到的参数和过程。
第三部分着重于概述孔隙结构在生物炭中的重要性。
我们将探讨孔隙结构对于各种理化性质（例如吸附、保水性等）以及环境影响（如土壤改良）的作用，并深入讨论不同类型孔隙对生物炭性质的影响。
第四部分解释说明了孔隙结构与环境之间的关系，并通过实际示例来展示生物炭在环境修复和土壤改良中的应用。
我们还将详述孔隙结构对于生物炭吸附性能以及水分保持和离子交换作用的影响机制。
最后，第五部分总结了本文的主要要点，并展望了未来关于生物炭孔隙结构方面的研究方向。
我们还探讨了生物炭在可持续发展中的潜力，并提出了对该领域进一步研究和应用的建议。
1.3 目的本文旨在全面介绍生物炭的孔隙结构作用，并探讨其对其性质和环境影响的解释说明。
通过深入理解孔隙结构与生物炭之间的关系，有助于拓宽人们对生物炭应用领域的认识，并为相关工程和环境领域提供科学依据。
2. 生物炭介绍2.1 定义与特点生物炭是一种由生物质材料在高温条件下经过热解或氧化反应而制得的固体碳材料。
与传统的煤炭相比，生物炭具有许多独特的特点。
首先，生物炭是可再生资源，在制备过程中使用的原料主要来自植物残渣和农业废弃物等可再生能源。
其次，生物炭具有高度的孔隙结构和巨大的比表面积，这使得它具有良好的吸附性能和离子交换能力。
此外，生物炭还具有稳定的化学性质和抗腐蚀性，使其在环境保护和土壤改良等领域具有广泛的应用前景。
2.2 生产方法生物炭可以通过不同的制备方法得到，包括焦化、气化、碳化和活化等过程。
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炭的孔径分布均以中孔为主,孔隙内部以Ⅱ型孔为主;水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆制备的生物炭都具有很好的分形特
征,分形维数( D) 分别为 2. 545 4 ~ 2. 669 3、 2. 629 7 ~ 2. 689 5、 2. 577 3 ~ 2. 597 2,表明这 3 种生物炭孔隙结构比较复杂,
非均质性强,其中水稻秸秆生物炭和小麦秸秆生物炭均在 500 ℃ 条件下有较高的分形维数,分别是 2. 669 3 和2. 597 2,玉
米秸秆生物炭则在 700 ℃ 条件下有较高的分形维数,为 2. 689 5。
关键词:秸秆;生物炭;孔结构;分形维数
Hale Waihona Puke 中图分类号:TQ35 文献标识码:A
文章编号:1678-5854(2019)02-0041-06
引文格式:叶协锋,于晓娜,周涵君,等. 不同秸秆生物炭的孔隙结构及其差异[ J] . 生物质化学工程,2019,53(2) :41 - 46.
不同秸秆生物炭的孔隙结构及其差异
叶协锋, 于晓娜, 周涵君, 李志鹏, 张晓帆
( 河南农业大学 烟草学院;国家烟草栽培生理生化研究基地;烟草行业烟草栽培重点实验室, 河南 郑州 450002)
摘 要:基于低温氮气吸附的研究方法,对水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆制备的生物炭进行了孔结构研究,用 BET 方程、
第 53 卷第 2 期 2019 年 3 月
生 物 质 化 学 工 程 Biomass Chemical Engineering
Vol. 53 No. 2 Mar. 2019
doi:10. 3969 / j. issn. 1673-5854. 2019. 02. 007
研究报告———生物质材料
Pore Structure and Fractal Characteristics of Biochars From Different Straw
YE Xiefeng, YU Xiaona, ZHOU Hanjun, LI Zhipeng, ZHANG Xiaofan
( Tobacco Science College of Henan Agricultural University;National Tobacco Cultivation and Physiology and Biochemistry Research Centre;Key Laboratory for Tobacco Cultivation of Tobacco Industry, Zhengzhou 450002, China)
Abstract:Based on the cryogenic nitrogen gas adsorption method, the pore characteristics of biochars made from farmland waste including rice straw, corn stalk and wheat straw were studied. The BET equation, BJH equation and t-plot method were used to caculate the specific surface area, pore size distribution and microporous parameters, and FHH model was used to obtain the fractal dimension( D) of pore. Results showed that different temperature and different materials all had larger effects on the pore characteristics of biochar. With the increase of pyrolysis temperature, the BET specific surface area and pore volume of rice-strawbiochar and wheat-straw-biochar increased firstly and then decreased, whereas, the porosity of corn-stalk-biochar always increased. It was concluded that the mesopores were the main type of pores in three kinds of biochars and the pores mainly consisted of the second pores. It was found that rice-straw-biochar, corn-stalk-biochar and wheat-straw-biochar all had good fractal characteristics, and the pore fractal dimensions were 2. 545 4 - 2. 669 3,2. 629 7 - 2. 689 5 and 2. 577 3 - 2. 597 2, respectively, which reflected the complexity and heterogeneity of the biochar porosity. Both rice-straw-biochar and wheat-straw-biochar had higher fractal dimension at 500 ℃ (2. 669 3 and 2. 597 2), but corn-stalk-biochar had higher fractal dimension at 700 ℃ (2. 689 5). Key word:crop straw;biochar;pore characteristics;fractal dimension
BJH 方程和 t-plot 方法分别计算得到生物炭的比表面积、孔径分布和微孔数据,利用 FHH 模型计算了孔隙分形维数。 研
究表明:不同温度不同材料都对生物炭的孔结构有较大影响,随着热解温度的升高水稻秸秆生物炭和小麦秸秆生物炭的
BET 比表面积和总孔容呈先增加后降低的趋势,而玉米秸秆生物炭的孔隙度随着热解温度升高持续增加;3 种秸秆生物