文献综述
生物炭,作为一个较新的科学概念,不同学者对于其解释略有不同,Lehmann J等人认为生物炭是有机原料在无氧或缺氧的状态下,通过热解得到的一种富含碳的化学材料[1];2015年,IBI汇编的《生物炭的标准化产品定义和产品测试指南》中将生物炭正式定义为生物炭是在氧气有限的环境下,通过生物质热化学转化获得的固体材料[2];Huggins T M等人则在其基础上补充生物炭是一种高度芳香化的、稳定的多孔状固型物质,其表面含有大量的羧基、羰基等官能团,在重金属环境污染治理中一直具有很大的应用潜力[3]。
1.生物炭材料的特点及研究现状1.1生物炭的起源生物炭最早是由Marris E在2006年于《Nature》发表的文章Black is new green中提到。
科研人员在1960年左右开始对亚马逊的一种黑土开展相关研究,他们发现土壤呈现黑色的主要原因是由于土壤中存在一定量的炭颗粒,这种炭颗粒是由有机质在氧气有限的环境中闷烧而不是燃烧而产生得到的,以这种方式产生的炭颗粒能够以某种方式收集养分和水,不让这些养分和水分被冲到植物根部以下。
这种炭颗粒同时也能为一些微生物提供生长繁殖场所,微生物通过新陈代谢将土壤变成海绵状,芬芳,深色的材料,面积为一公顷,深度一米的亚马逊黑土可以包含250公吨碳,而来自类似母体材料的未经改良的土壤中只有100公吨碳[4]。
1.2生物炭的性质可溶性很低、熔沸点很高、高度羧酸酯化、芳香化结构[5]、理化性质稳定、含碳率高、在制备生物炭过程中,由于是热解而生成,原有机生物质的微孔结构被完整保留,使其还具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积的特点[6]。
1.3生物炭的制备到目前为止,生物炭的制备方法主要有五种:慢速热解法、快速热解法、气化法、水热炭化法和微波热裂解法。
(1)慢速热解法慢速热解法即在低温条件下(300~700 ℃)缓慢升温(0.1~1.0 ℃s-1),通过延长滞留期使原料炭化。
制备设备主要有:窑式、移动床式、固定床式三类[7]。
田雨等人以玉米秸秆为原料,采用限氧慢速热解法制备生物炭,在不同温度及炭化时间条件下,探究生物炭的产率变化。
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