生物质热解炭性质比较及对白浆土汞赋存形态影响

摘要

生物炭是由生物质材料在无氧或缺氧条件下经高温裂解形成的富碳产物，它被外界广泛认为是土壤改良和废弃物处理方面良好的改良剂。生物质在炭化以后，保留了原有生物质的良好孔隙结构，具有较大的比表面积，这些基本性质决定了生物炭具备吸附力、抗氧化能力强等特性,且其较为稳定的高度芳香化结构令生物炭在土壤中长期保持稳定，对土壤团粒结构的优化有着积极的作用。研究生物炭的理化性质对清楚其改良土壤机理、提供基础理论支持有重大意义。在农业秸秆废弃物处理困难的当下，将农业秸秆废弃物综合利用尤为必要，而通过高温无氧条件下将其加工为生物炭，是行之有效的方法之一。
　　本文选取了五种生物质原料，包括大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳和松针，均为农林废弃物，将以上生物质经300℃、400℃、500℃、600℃、700℃热解两小时，得到生物炭，测定其结构特征，元素含量，比表面积、微孔容积和平均孔径，pH，阳离子交换量，官能团含量，了解生物炭的基本性质。取生产完毕的玉米秸秆生物炭，通过盆栽实验施入模拟汞污染环境的白浆土中，测定土壤中汞元索的赋存形态。
　　研究结果表明:生物炭炭化结构较为良好清晰;总体来看，生物质形成生物炭在BET比表面积、T-PLOT微孔容积、pH和阳离子交换量值方面均随热解温度升高而升高，大豆秸秆和玉米秸秆的比表面积在700℃时达到最高;而平均孔径随着热解温度升高有一定程度下降;700℃下的稻壳形成生物炭具有最高的硅含量;在500℃-700℃下玉米秸秆形成的生物炭具备比其他种类生物质形成的生物炭更好的理化性质，表明其更适合作为土壤改良剂。300℃-500℃下松针形成的生物炭呈酸性，可适用于呈碱性土壤的改良。
　　将生物炭施入被汞污染的白浆土中，随生物炭施用量的增加，水溶态与交换态两种较易被植物吸收的形态有了显著地降低，腐殖酸结合态与碳酸盐铁锰氧化态有一定程度的降低，而强有机结合态与残渣态则有显著地提高在添加氯化汞含量分别为0、0.5、1、1.5mg/kg的模拟污染条件下，随着生物炭含量由总土量的0％到7％时，残渣态分别较不施入生物炭的情况增加了2.73％，2.87％，2.47％，2.82％，结果显著。说明随着生物炭的施入量增加，土壤中易被植物吸收，生物有效性高的汞形态逐渐向不易被植物吸收生物有效性低的形态转化，生物炭对土壤中的汞有钝化作用。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 生物炭的概念与性质

1．1．1 生物炭的概念

1．1．2 生物炭的性质

1．2 生物炭的应用研究

1．2．1 生物炭治理污染水体的研究

1．2．2 生物炭治理大气污染的研究

1．2．3 生物炭在土壤中的应用研究

1．2．4 生物炭在能源方面的应用

1．3 生物炭的研究展望

1．4 研究内容和目的与意义

1．5 研究的主要特色

1．6 技术路线图

2 材料与方法

2．1 实验仪器与材料

2．1．1 实验仪器与药品

2．1．2 实验材料

2．2 实验方法

2．2．1 生物炭基本理化性质的研究方法

2．2．2 生物炭对土壤中汞赋存形态影响的研究方法

3 实验结果与分析

3．1 生物炭基本理化’陛质的分析

3．1．1 不同种类生物质和生物炭的显微观察分析

3．1．2 生物炭的物理性质分析

3．1．3 生物炭的化学组成结构分析

3．1．4 生物炭的官能团含量分析

3．1．5 生物炭pH和CEC(阳离子交换量)含量分析

3．2 生物炭对土壤中汞赋存形态的影响分析

4 讨论与展望

4．1 讨论

4．2 展望

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文