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。生物质炭可吸持氮、磷、钾等无机养分,能够控制养分缓慢释放,避免养分的挥发和流失,提高肥料的使用效率。辽宁小麦生物质炭用途是什么
废弃物生物质炭化利用过程将一大部分绿色植物光合产物碳以生物质炭的形式固定下来,与直接燃烧或还田相比,有机碳的周转时间大幅度延长,将大气二氧化碳更长时间地封存于土壤。有研究表明,生物质炭稳定性强,在土壤中至少存留几百年。其次,生物质炭化过程还回收利用了有机质中大部分的养分资源和一部分能量,既节约了能源,又减少了化学肥料施用,进而减少了化学肥料生产过程中的温室气体排放。第三,生物质炭施用后还能减少农田温室气体直接排放。对多个田间试验的数据整合分析发现,生物质炭施用后农田氧化亚氮和稻田甲烷排放分别降低13.6%和15.2%,每生产1千克谷物温室气体排放量减少3.5千克二氧化碳当量。按照2018年全国粮食产量6.58亿吨计,生物质炭施用当年全国温室气体排放可减少23亿吨二氧化碳当量。因此,生物质炭农业应用的碳中和潜力巨大。山西科研用生物质炭生物质炭在土壤中的长期固碳功能是生物质炭重要的功能之一。
生物炭的pH一般呈碱性,Balwant等研究发现,生物炭pH介于6.93~10.26范围之间,也有研究报道可以制备pH介于4~12之间的生物炭。生物炭中无机矿物是造成生物炭pH偏碱的主要原因,生物炭的表面含氧官能团(如羧基和羟基)也可能对生物炭的pH有一定的贡献。阳离子交换量(CEC)是反映生物炭表面负电荷的参数,也决定其在土壤中持留铵、钙和钾等阳离子的能力,生物炭CEC与其表面含氧官能团含量正相关。现有报道中生物炭的CEC差异很大,介于71mmol/kg和34cmol/kg。Balwant等认为生物炭的CEC介于71.0~451.5mmol/kg范围之间。
在2005年前后,随着巴西亚马逊流域考古发现黑土(blackearths,或terrapretadeindio(葡萄牙语)比周围临近土壤具有更高的碳含量和产量,生物炭逐渐引起了人们的兴趣。巴西亚马逊黑土主要有原住民烧烤后留下的木炭逐年累积而成。生物炭大剂量一次施用还是低剂量多年施用,目前还没有明确答案。研究结果表明大剂量一次施用效果会持续2-3年时间,但如果超过80-120t/ha可能会造成作物减产;而低剂量多年累积施用量即使达到144t/ha,仍能显著提高小麦产量。主要原因可能是大剂量一次施用会急剧改变土壤理化性质,如pH。生物炭中含有焦油,焦油对作物生长有害。而低剂量多年施用进入土壤的焦油会被微生物分解,过多的碱性物质也会被雨水淋洗掉,就不会引起土壤理化性质的急剧变化和过量的焦油。生物炭富含微孔,不但可以补充土壤的有机物含量,还可以有效地保存水分和养料,提高土壤肥力。
用秸秆制备的活性炭,由于对铜离子有较好的吸附作用,已经用于处理废水中的铜离子。以椰子壳为原料制备的活性炭,也已经用于对蔗糖溶液进行脱色。之前,许多工厂都是用二氧化硫对糖液进行脱色处理,带来了环境污染。而椰壳活性炭具有毛细孔分配均匀和吸附力强的特点,且可多次使用,既经济又环保。稻壳制备活性炭的工艺简单、成本低,对中伤害人体健康的焦油、烟气中烟碱有良好的吸附作用,可以用来去除这些有害物质。城市污水中的污泥也可以用作生产活性炭的原料,并且污泥活性炭已用于对染料废水进行脱色。此外,污泥制成的活性炭还可作为填充剂和着色料,用于聚氯乙烯防水卷材、聚乙烯塑料管材以及橡胶密封垫圈、橡胶输送带等制品的生产,提高这些制品的性能。生物质炭具有表面积大、多孔性以及吸附性强的特点,可以大量吸附土壤中的有机质等营养物质。新疆玉米生物质炭培养方法
生物质炭降解过程包括非生物过程和生物过程。辽宁小麦生物质炭用途是什么
生物质炭对土壤有机碳分解产生负激发效应的机制包括:(1)生物质炭中含有一定量的可利用有机碳成分,微生物可能会优先利用这部分碳,从而减少了对原有机碳的分解;(2)生物质炭含有一定量的有毒化合物(酚类),能抑制微生物对有机碳的分解活性;(3)生物质炭丰富的孔隙结构和比表面积对土壤有机质具有包裹和吸附作用,可能会隔离微生物及其产生的胞外酶与受保护的有机碳的接触,从而降低有机碳的分解;(4)生物质炭促进土壤有机-无机复合体的形成,从而增强土壤有机质的稳定性。而生物质炭对土壤有机碳分解产生正激发效应的原因可能是由于生物质炭的多孔性及其所含的营养元素为微生物的生长繁殖提供了有利的环境,从而增加微生物的数量和活性,促进其对土壤有机碳的矿化分解。辽宁小麦生物质炭用途是什么