生物炭基本性質與氮素吸附特征研究.pdf

1、以水稻秸稈、杉木、毛竹三種不同原材料制作生物炭，通過設置400℃、600℃、800℃的制備溫度來探究不同原材料生物炭的特性，通過熱重分析、電鏡影像分析、紅外官能團分析、元素組分分析、比表面積及孔徑分析和灰分組分分析的測定，來具體說明三種生物炭在不同制備溫度下的理化性質。然后以水稻秸稈生物炭作為代表，進一步研究生物炭在吸附時間、環(huán)境pH、不同濃度梯度和不同生物炭量的條件下對尿素、銨氮、硝氮的吸附特征影響。實驗研究結果表明:
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2、)水稻秸稈、杉木和竹子的完全炭化溫度為400℃、500℃和600℃，水稻秸稈的完全炭化溫度最低，制備生物炭的能耗最低;水稻秸稈生物炭、杉木生物炭和竹子生物炭都具有清晰的表面孔隙結構，隨制備溫度的升高，微觀表面結構逐漸清晰。不同溫度下，水稻秸稈生物炭的比表面積和孔徑顯著大于杉木生物炭和竹子生物炭;水稻秸稈生物炭、杉木生物炭、竹子生物炭隨著制備溫度的升高，表面含氧官能團，尤其是羰基和羥基不斷減少，芳香性增強，極性減弱。不同制備溫度下，水稻秸

3、稈生物炭的官能團吸收峰比杉木生物炭和竹子生物炭更加明顯，秸稈生物炭含有更豐富的官能團，化學反應活性大;隨著制備溫度的升高，生物炭的有機碳組分含量增大，氮、氫、氧組分含量降低。杉木生物炭中有機碳含量最高，水稻秸稈生物炭中有機碳含量最低。竹子生物炭的中微量元素含量相對較高，而水稻秸稈生物炭和杉木生物炭相差不大。竹子生物炭中環(huán)境毒性元素含量最高，而水稻秸稈生物炭中最低。
　　(2)隨著吸附時間和環(huán)境pH的增大，800℃的水稻秸稈生物炭對

4、溶液中尿素的吸附量依次大于600℃和400℃。隨著吸附溶液尿素濃度和生物炭添加量的增加，800℃和600℃的水稻秸稈生物炭對溶液中尿素的吸附量明顯大于400℃。粒徑為2.0mm的水稻秸稈生物炭對溶液中尿素的吸附作用優(yōu)于0.45mm。水稻秸稈生物炭吸附溶液中尿素的推薦條件為:吸附時間3h，吸附環(huán)境pH7，生物炭粒徑2.0mm，溶液初始濃度3mol/L，以及較少的水稻秸稈生物炭添加量。
　　(3)堿性吸附環(huán)境(pH＞8)不利于水稻秸稈

5、生物炭對溶液中銨氮的吸附。0.45mm粒徑的水稻秸稈生物炭吸附溶液中銨氮效果優(yōu)于2.0mm粒徑。水稻秸稈生物炭吸附溶液中銨氮的推薦條件為:吸附時間12h，吸附環(huán)境pH8，生物炭粒徑0.45mm，以及較高的溶液銨氮濃度和水稻秸稈生物炭添加量。
　　(4)在不同吸附時間、吸附環(huán)境pH、溶液濃度和生物炭添加量條件下，400℃制備的水稻秸稈生物炭對溶液中硝氮的吸附明顯高于600℃和800℃制備的水稻秸稈生物炭。粒徑對水稻秸稈生物炭吸附溶液

6、中硝氮的效果無顯著影響。水稻秸稈生物炭吸附溶液中硝氮的推薦條件為:吸附時間12h，吸附環(huán)境pH7，溶液硝氮濃度10ppm，生物炭粒徑2.0mm，以及較少水稻秸稈生物炭添加量。
　　綜上，隨著制備溫度的升高，生物炭的碳骨架孔隙結構逐漸清晰而且分布均勻，比表面積增加，微孔結構變得更為豐富，含氧官能團不斷減少，堿性基團呈增加趨勢，芳香性增強，穩(wěn)定的碳環(huán)結構增加，作物生長的必需營養(yǎng)元素含量豐富。水稻秸稈生物炭對溶液中不同形態(tài)氮（尿素、銨氮