热解过程中,生物质原料的结构基本印记在了生物炭中,对生物炭的物理化学性质具有决定性影响。生物质热解过程中,质量损失(大部分以挥发有机物的形式)及不相称的收缩或体积减少的发生,导致矿物及碳骨架形成,并且保留了原料的基本孔隙和结构特征。生物炭的孔一般按直径大小分为大孔(ID>50nm)、中孔(2nm<ID<50nm)和微孔(ID<2nm)。生物炭中保留的植物生物质原料的蜂窝状结构构成了其主要的大孔。微孔主要由热解过程中碳的损失及碳架的断裂收缩形成。虽然大孔可能会作为微孔的前体,但是微孔贡献了生物炭的大部分比表面积,微孔的含量与比表面积呈正相关。秸秆生物质炭,这是一种以秸秆为原料经过高温炭化处理而得到的炭素产品。广西树苗生物质炭丰度控制
生物炭具有离子吸附交换能力及一定吸附容量,其可改善土壤的阳离子或阴离子交换量,从而可提高土壤的保肥能力。生物炭对土壤阳离子交换量CEC或保肥能力的改善取决于生物炭的CEC,pH及生物炭在土壤中氧化。生物炭比表面积大,可以增强土壤对阳离子的吸附能力,增加耕层土壤CEC。生物炭对低CEC和pH的酸性土壤中的CEC改良特别有效,其中土壤CEC的改良与生物炭的原料的碱度、有机氮的矿化和铵根的硝化作用有关。生物炭的pH升高,其对重金属离子的吸附和固定加强,说明了生物炭对重金属的吸附与生物炭的表面官能团和pH值有关。山东生物质炭丰度控制生物质炭是指以生物质为原料,在高温下进行干馏或热解制得的一种固体炭质材料。
生物质炭含有发达的孔隙,施用于土壤,可有效降低土壤容重,改善土壤孔隙结构,促进作物根系生长,增强植株对水分和养分的吸收能力,进一步提高作物对不良环境的适应能力。同时,生物黑炭含有丰富的有机大分子,与肥料配施情况下,明显提高土壤对NH4+—N的吸附与固持作用。同时,可在作物生长期间持续释放氮素,保障作物生长的需求。研究表明,旱地土壤施用小麦秸秆生物质黑炭20~40吨/公顷,土壤有机碳分别增加了25%~42%,土壤容重降低0.17~0.28克/厘米3,每千克氮肥增产由对照的1.25千克提高到2千克以上,玉米产量增加了10%~18%。生物质炭施用下,作物根系发达,植株坚挺健壮,抗病少虫,强降雨下不易倒伏,可明显减缓或规避气候变化引起的虫害、倒伏和旱灾。因此,生物质炭的农业利用是一种保障作物生产的稳产增产、实现资源循环高效利用的新型技术
生物质炭可以通过对土壤理化性质的改变以及在土壤中的降解过程,直接或间接地影响氮素周转过程中硝化细菌、反硝化细菌和固氮菌的多样性和丰度,进而影响土壤氮素物质循环。生物质炭对农田土壤的净硝化速率影响可能并不明显,但是添加生物质炭可促进土壤中的硝化过程。以往研究表明,生物质炭的施用可以降低N2O的排放。其可能的原因为:生物质炭施用降低了土壤容重,增加土壤中氧气含量,从而降低反硝化过程;生物质炭中的碱性物质可以增加土壤pH值和N2O还原酶的活性,有利于反硝化过程中N2O向N2的转化,从而减少了N2O的排放;生物质炭发达的孔隙结构和较大比表面积,增加对土壤中 NH+4NH4+ 和 NO−3NO3− 的吸附,从而减少反硝化作用的基质。生物炭几乎是纯碳,埋到地下后可以有几百至上千年不会消失,等于把碳封存进了土壤。
生物质是一个的概念。所有的直接或间接利用绿色植物光合作用获得的有机质都称为生物质,包括植物、动物、微生物,以及它们所产生的废弃物,如动物粪便等。由于生物质是含碳的有机质,因此理论上所有的生物质都可以作为制备活性炭的材料。然而考虑到成本与储量,以农林废弃物为的木质纤维素是较为理想的活性炭原料。生物质原料的组分和结构对活性炭的性能有较大影响,目前椰壳、核桃壳、松子壳等果壳原料,在制备高比表面积的活性炭方面已经取得了很好的效果。但毕竟这些果壳的储量很有限。因此,我们团队一直在尝试使用来源更的生物质制备活性炭,如秸秆、木屑、污泥、废弃蔬菜等来自农业、林业以及城市的废弃物。据统计,单就秸秆而言,我国每年产生的秸秆量就超过11亿吨,因此生物质制备活性炭具有巨大的潜力。13C标记生物炭研究表明生物炭的固碳潜力由生物炭稳定性及其引起的激发效应决定。湖南小麦生物质炭技术的应用
生物质炭是作物秸秆、果木修剪枝条、动物粪便等各种来源的废弃生物质在厌氧环境下发生热解反应生成。广西树苗生物质炭丰度控制
生物质炭不仅是含碳量丰富的稳定物质,而且具有多孔结构、容重小、比表面积大和吸附能力强等特性,在自然条件下通常呈碱性。由于生物质炭的容重远低于矿质土壤,其添加往往可以降低土壤的容重。生物质炭的孔隙分布、颗粒大小以及在土壤中的移动都可以影响土壤孔隙结构,其多孔结构使表层土壤孔隙度增加,进而促进微生物的活动和植物根系的生长。生物质炭可以吸附和保持土壤水分,增强水分的渗透性;其对土壤孔径和分布的改变,可以影响土壤水分的渗滤模式、停留时间和流动路径。生物质炭的添加不仅有利于土壤团聚结构的改善和稳定,其自身也因团聚体的物理保护作用而得以在土壤中长期存留。广西树苗生物质炭丰度控制