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。生物质炭由生物质在缺氧条件下经过高温转化而成,是一种富含碳素的多孔固体颗粒物质。树苗生物质炭
生物炭具有高的吸附能力。生物炭的孔隙结构能降低土壤容重、降低土壤密度,生物炭具有较大的比表面积和较高表面能,有结合重金属离子的强烈倾向,因此能够较好地去除溶液和钝化土壤中的重金属。李力等的镉去除实验中BC350和BC700两种玉米生物炭的比表面积分别为7.72m2/g和120m2/g,结果显示BC700对Cd(Ⅱ)的吸附容量大于BC350,解吸率远小于BC350,吸附效果更好;刘玉学等研究比表面积为81.8m2/g、总孔容积为0.080cm3/g的稻秆炭和比表面积189.6m2/g、总孔容积为0.175cm3/g的竹炭对小青菜及其土壤的影响,结果显示生物炭的施入能降低土壤容重。宁夏玉米生物质炭技术的应用生物质炭的添加可以刺激土壤微生物活动,从而影响微生物群落的特性及代谢酶活性。
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。
生物质炭的施用还可以加深土壤颜色,增强土壤吸热能力,从而提高土壤温度。大部分生物质炭含有大量的灰分元素而呈碱性,作为土壤改良剂施用后,可以降低土壤氢离子和交换性阳离子水平,从而提高土壤pH值,其效果因生物质炭本身的酸碱度和土壤pH缓冲能力而异。生物质炭对土壤CEC的改变程度往往受到土壤类型、生物质炭性质及其在土壤中存在时间长短的影响。生物质炭的施用不仅能够影响土壤中碳氮的循环过程,而且会对土壤中其他营养元素的状态产生作用。研究发现,生物质炭本身即含有大量的磷素组分,并且有效性较高,输入土壤后可以增加有效磷的含量。以往研究还表明,生物质炭的施用可以增加土壤中K、Ca和Mg等盐基离子的含量。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。
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。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。中国台湾环境修复生物质炭培养方法
生物质炭施入土壤被普遍认为可以将大气中的碳有效地固存在土壤之中。树苗生物质炭
生物质炭制成炭基复合肥(炭为10-30%),还田以后有如下效果:(1) 增加土壤孔隙度,改善土壤通气、透水状况,缓解土壤板结的难题; (2) 将土壤中紧缺的氮、磷、钾、镁等大量元素返回到土壤中,而且还可以补充植物所必须的铜、铁、锌等微量元素;(3) 抑制土壤对磷的吸附,从而改善植物对磷的吸收利用;(4) 修复土壤重金属污染,对污染土壤中的镉(Cd)具有的吸附作用;(5)提高土壤的地温(1-3℃),有利于作物的生长;(6)稳定土壤的pH作用;(7)对肥料和农药的缓释作用;(8)改善土壤的微生物环境的作用;(9)提高水稻等作物的抗倒伏作用;(10)固定二氧化碳作用。树苗生物质炭