生物炭制備過程中養(yǎng)分元素遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制研究.pdf

1、生物炭是在無氧或者缺氧的條件下，生物質(zhì)熱解后形成的含碳量較高、穩(wěn)定性較強(qiáng)的固體產(chǎn)物。稻稈作為制備生物炭的原材料具有來源廣泛、數(shù)量巨大、可再生能力強(qiáng)等特點(diǎn)。生物炭作為潛在的土壤改良劑，其還田后對(duì)土壤及農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，制備條件對(duì)生物炭養(yǎng)分特性的影響機(jī)制研究相對(duì)缺乏。
　　本論文主要以稻稈為原料，在不同熱解條件下制備生物炭，通過熱解產(chǎn)物產(chǎn)率計(jì)算、EA，XPS、SEM-EDS、BET、GC-MS等多種方法研究了

2、不同熱解條件對(duì)熱解產(chǎn)物中碳、氮、磷、鉀等養(yǎng)分元素的影響，揭示了生物炭制備過程中養(yǎng)分元素的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制。其主要成果和結(jié)論如下:
　　(1) CO2氣氛下制備的生物炭產(chǎn)率、pH、養(yǎng)分元素的總量比N2氣氛高;生物炭產(chǎn)率、養(yǎng)分元素的總量隨溫度升高而降低，而生物炭pH呈上升趨勢(shì);生物炭產(chǎn)率、養(yǎng)分元素不受進(jìn)氣流速的影響，但進(jìn)氣流速增大生物炭pH呈下降趨勢(shì);隨著升溫速率的增大，生物炭產(chǎn)率、pH、養(yǎng)分元素的總量呈下降趨勢(shì)。對(duì)不同制備條件下的生物炭

3、產(chǎn)率、pH、養(yǎng)分元素進(jìn)行層次分析，從而得出CO2氣氛下，當(dāng)溫度為400℃、升溫速率為20℃/min、進(jìn)氣流速為0 L/h時(shí)制備的生物炭較好。
　　(2)隨溫度的升高，生物油中碳、氮元素先增加再減少，其中酚類物質(zhì)是生物油的主要成分，生物油中含氮物質(zhì)由含雜環(huán)氮物質(zhì)向其他含氮類物質(zhì)轉(zhuǎn)化;氣體產(chǎn)物中碳、氮元素處于增長(zhǎng)的趨勢(shì);CO2氣氛下生物油中酚類、酰胺類物質(zhì)相對(duì)含量高于Ar氣氛;CO2氣氛下氣體產(chǎn)物中碳、氮總量高于N2氣氛。
　　

4、(3) CO2氣氛下生物炭中碳、氮元素總量高于Ar氣氛下， CO2氣氛下生物炭中炭架結(jié)構(gòu)稀疏，C與O的結(jié)合明顯增加;熱解時(shí)稻稈中的蛋白質(zhì)、游離氨基酸、胺、吡咯、生物堿、無機(jī)鹽遷移轉(zhuǎn)化為生物炭中的氨基化合物、酰胺、腈、吡咯、胺、無機(jī)鹽等物質(zhì)，生物炭中氮元素主要是與碳元素相結(jié)合。
　　(4)稻稈中的磷、鉀元素基本保留在生物炭中，稻稈中有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為K2HPO3、(NaPO3)3、P4O10等物質(zhì)保留在生物炭中，稻稈中鹵化鉀、KNO3、

5、KNO2一部分以原來形態(tài)保留在生物炭中，一部分轉(zhuǎn)化為鉀絡(luò)合物、石墨層-鉀保留在生物炭中。
　　(5)隨溫度升高，生物炭比表面積增加，生物炭主要以微孔和介孔為主;碳、氮、磷、硫元素相對(duì)總量減少，鉀元素相對(duì)總量增加，無機(jī)氮、無機(jī)磷、無機(jī)硫相對(duì)含量增加，可利用性鉀相對(duì)含量減少，但是無機(jī)氮、磷、可利用性鉀相對(duì)總量減少，無機(jī)硫相對(duì)總量增加。因此，說明400℃的生物炭品質(zhì)較好。
　　(6) CO2氣氛下制備的生物炭比表面積、總孔體積高于