米乐m6第 33 卷 第 9 期 干 旱 区 资 源 与 环 境 Vol． 33 No． 92019 年 9 月Journal of Arid Land Ｒesources and Environment Sep． 2019文章编号:1003 －7578( 2019) 09 －202 －07 doi:10．13448/j． cnki． jalre．2019．257五种生物质炭的特性分析*富丽1 ，徐先英 1，2 ，付贵全 2 ，邱晓娜 2 ，张仁铎 3 米乐m6，赵锦梅 1( 1． 甘肃农业大学林学院，兰州 730070; 2． 甘肃省治沙研究所，兰州 730070;3． 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室( 中山大学) ，广州 510275)提 要: 以南北方 5 种农林废弃物水稻壳、果壳、花生壳、玉米秸秆和竹子为原料，采用限氧控温法制备生物质炭，分析生物质炭的基本性质及结构特征。结果表明:5 种生物质炭呈碱性，炭化结构清晰良好，呈疏松多孔结构; 竹炭的 pH 值、灰分含量、电导率和阳离子交换量显著高于秸秆类炭和壳渣类炭，500℃热裂解条件下竹炭适合作为土壤改良剂; 花生壳炭平均孔径最大且为多孔隙结构，表明有最佳的组成与结构用于重金属的吸附固定。关键词: 生物质炭; 热裂解; 理化性质; 表面结构中图分类号: S216 文献标识码: A生物质炭( biochar) 是由生物质( 农林废弃物和动物粪便等) 在无氧或者缺氧条件下通过热化学转化得到的固态产物［1 －2］ ，是一类高含碳量、高度芳香化的难溶性固体物质，具有高度的热稳定性和较强的吸附特性，是良好的土壤改良剂和重金属吸附剂。据估算，我国每年可产生物质废弃物( 包括农林业废弃物、畜牧业废弃物和城镇有机生活垃圾等) 约有 100 ～120 亿 t ［3］ ，如何将生物质废弃物转化成可利用生物质炭，是解决经济和环境问题的良好途径。因此，国内外有关学者对该问题展开了大量的研究，分别以小麦秸秆［4］ 、玉米秸秆 ［5］ 、花生壳 ［6］ 、木屑 ［7］ 、甘蔗渣 ［8］ 及稻壳 ［9］ 等为生物质炭制备原料，重点就热解温度对生物质炭理化性质的影响进行了研究，其次对畜禽粪制备的生物质炭也进行了研究［10，11］ ，结果表明该类生物质炭的养分含量高于木屑制备的生物质炭。针对生物质炭的结构，Jeffery S 等［12］ 认为生物质炭因表面疏松多孔且炭骨架高度富集而具有可增强土壤保水保肥能力; Sevilla M 等［13］ 、陈学榕等 ［14］ 则通过 FTIＲ分析表明生物质炭表面含有丰富的 － COOH、－ COH 和 － OH 等含氧官能团，因而具有很强的吸附能力和较高阳离子交换量。根据其特殊的结构特征，生物质炭对土壤肥力保持具有重要作用［15 －16］ ，甚至修复污染土壤［17］ 。同时，因为生物质炭对重金属离子( Cd 2 +、Pb 2 + 、Cu 2 + 等) 有较好的吸附固定作用，可降低土壤中重金属的迁移性和有效性，从而降低植物体内重金属含量［18 －19］ 。目前国内针对生物质炭研究主要集中在温度对其理化性质的影响［20 －24］ 。然而，对于相同温度下不同类( 秸秆类、渣壳类、竹炭类) 生物质炭的成分及结构特征的研究还不多，尤其缺乏对南北方混合生物质炭特征的研究，目前还鲜见相关报道。鉴于此，文中将结合南北方丰富的生物质，分别在相同厌氧条件下500℃热裂解制备生物质炭，对比分析原料对生物质炭的 pH 值、元素含量、表面结构等理化性质的影响，旨在为选择合适的生物质炭作为土壤修复剂提供依据，为我国农业废弃物资源化利用提供新的思路。1 材料与方法1． 1 生物质炭的制备试验中生物质炭化采用限氧控温炭化法，5 种生物质原料为水稻壳、果壳、花生壳、玉米秸秆和竹子，* 收稿日期: 2019 －3 －7; 修回日期: 2019 －5 －28。基金项目: 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室开放基金项目( 2018K06) ; 甘肃省科技重大专项( 18ZD2FA009) ; 国家重点研发计划( 2018YFC0507102，SQ2016YFHZ020617，2012CB723203) ; 国家科技支撑( 2012BAD16B0203) 资助。作者简介: 富丽( 1995 － ) ，女，蒙古族，内蒙古托克托县人，硕士，主要从事水土保持方面的研究。Email: 921679605@ qq． com通讯作者: 徐先英( 1963 － ) ，男，汉族，甘肃武威人，研究员，主要从事荒漠化生态及水文研究。Email: xyingxu@163． com