不同作物秸秆加工制成生物质炭的理化性质比较研究
发布时间：2021-03-23 12:49
为表征不同作物秸秆加工制成的生物质炭的理化性质差异,以玉米、水稻和油菜的秸秆为原料制备生物质炭,借鉴材料科学的方法,研究其形貌结构、表面特性和有机组分元素比等内容。结果表明:200℃→450℃作物秸秆样品失重量和失重速率最大,半纤维素和纤维素为主要燃失物质。玉米、水稻和油菜的秸秆生物质炭均为多孔结构,孔隙大小和形状各异。水稻秸秆炭的比表面积最大（2.65 m2g-1）、油菜秸秆炭次之（2.56 m2g-1）、玉米秸秆炭最小（1.84 m2g-1）。水稻、玉米、油菜秸秆炭的孔体积变化率分别在43 nm、62 nm、48 nm处达到峰值。油菜秸秆炭的H/C最小、为0.03,O/C和（O+N）/C最大、分别为1.15和1.19。因此,450℃更利于残留样品质量;生物质炭的孔隙结构决定其比表面积,油菜秸秆炭具有更强的芳香性、亲水性和极性。研究结果可为生物质炭的制取和应用提供参考依据。
【文章来源】：土壤通报. 2020,51(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
N2氛围下油菜秸秆的热重分析
图1 N2氛围下油菜秸秆的热重分析这些官能团在油菜秸秆炭中随着炭化温度的升高变化显著，波峰的大小表示相应官能团含量的相对多少。在300℃之前羧基消失，这与图1中33℃→100℃样品失水，65℃出现最大失水波峰相吻合。300℃～400℃生物质中的纤维素或半纤维素、脂肪组分急剧分解而被去除，450℃时—OH消失。这些与图1中200℃→450℃油菜秸秆明显失重相印证。当炭化温度为500℃时，油菜秸秆炭中的官能团基本稳定存在，木质素成分已保留很少（C=C:1440 cm-1和O—H:1375 cm-1）。在1613 cm-1处及466～1081 cm-1之间伸缩振动峰的存在，说明最终生物质炭结构是以芳环骨架为主，同时保留着少量的无机组分Si—O—Si。与450℃以后样品质量降低相对缓慢及失重速率相对稳定相吻合。
图3是用扫描电镜(S-530，日本)扫描的扫描图片，由图可知，油菜秸秆炭具有光滑的匀质结构和大量的蜂窝状多孔体的微观形貌，这些蜂窝状微孔结构的大小、形状各异，且排列紧密。玉米秸秆炭孔隙相对较少，大小孔差异明显，表面光滑且分布些管状结构的薄片。水稻秸秆炭的部分孔隙结构外化破裂，孔径增大呈片状的不规则多边形结构，同时不均匀的分布着一些碎片颗粒使得生物质炭存在了一些疏松的孔隙和尖角。3种生物质炭的孔体积、孔径和比表面积差异显著（表1）。单点BET比表面积、多点BET比表面积和Langmuir比表面积均为玉米秸秆炭最小，为1.15～2.53 m2g-1；水稻和油菜秸秆炭相对较大且大小相当，为2.14～3.47 m2g-1。玉米秸秆炭的BJH吸附累积孔体积和BJH脱附累积孔体积最小；而最高单点吸附总孔体积最大，为0.56 cm3g-1，较水稻秸秆炭的0.44cm3g-1、玉米秸秆炭的0.35 cm3g-1分别高出27.3%和60.0%。3种生物质炭的平均孔直径排列顺序为：水稻秸秆炭>玉米秸秆炭>油菜秸秆炭。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同原料制备的生物炭形貌结构及表面特性研究[J]. 王彤彤,王晓琳,任志胜,郑纪勇. 环境科学与技术. 2017(01)
[2]高分子保水剂在土壤水肥保持和污染治理中的应用进展[J]. 黄占斌,孙朋成,钟建,陈雨菲. 农业工程学报. 2016(01)
[3]不同炭化温度下玉米秸秆和沙蒿生物炭的结构特征及化学特性[J]. 梁桓,索全义,侯建伟,刘长涛. 土壤. 2015(05)
[4]热解材料对生物炭理化性质的影响[J]. 杨放,李心清,王兵,孙璐,何云勇,黄一敏,李阳. 农业环境科学学报. 2015(09)
[5]木材制备生物炭的孔结构分析[J]. 申卫博,张云,汪自庆,徐宝华,韩凤朋,郑纪勇. 中国粉体技术. 2015(02)
[6]炭化条件对黑沙蒿生物炭产率的影响[J]. 侯建伟,索全义,梁桓,韩雪琪,刘长涛. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]炭化温度对沙蒿生物炭形貌特征和化学性质的影响[J]. 侯建伟,索全义,梁桓,韩雪琦,刘长涛. 土壤. 2014(05)
[8]环境材料在农业生产及其环境治理中的应用[J]. 黄占斌,孙在金. 中国生态农业学报. 2013(01)
[9]水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能[J]. 陈再明,陈宝梁,周丹丹. 环境科学学报. 2013(01)
[10]生物质炭孔隙分形特征研究[J]. 林晓芬,张军,尹艳山,盛昌栋. 生物质化学工程. 2009(03)
本文编号：3095821
【文章来源】：土壤通报. 2020,51(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
N2氛围下油菜秸秆的热重分析
图1 N2氛围下油菜秸秆的热重分析这些官能团在油菜秸秆炭中随着炭化温度的升高变化显著，波峰的大小表示相应官能团含量的相对多少。在300℃之前羧基消失，这与图1中33℃→100℃样品失水，65℃出现最大失水波峰相吻合。300℃～400℃生物质中的纤维素或半纤维素、脂肪组分急剧分解而被去除，450℃时—OH消失。这些与图1中200℃→450℃油菜秸秆明显失重相印证。当炭化温度为500℃时，油菜秸秆炭中的官能团基本稳定存在，木质素成分已保留很少（C=C:1440 cm-1和O—H:1375 cm-1）。在1613 cm-1处及466～1081 cm-1之间伸缩振动峰的存在，说明最终生物质炭结构是以芳环骨架为主，同时保留着少量的无机组分Si—O—Si。与450℃以后样品质量降低相对缓慢及失重速率相对稳定相吻合。
图3是用扫描电镜(S-530，日本)扫描的扫描图片，由图可知，油菜秸秆炭具有光滑的匀质结构和大量的蜂窝状多孔体的微观形貌，这些蜂窝状微孔结构的大小、形状各异，且排列紧密。玉米秸秆炭孔隙相对较少，大小孔差异明显，表面光滑且分布些管状结构的薄片。水稻秸秆炭的部分孔隙结构外化破裂，孔径增大呈片状的不规则多边形结构，同时不均匀的分布着一些碎片颗粒使得生物质炭存在了一些疏松的孔隙和尖角。3种生物质炭的孔体积、孔径和比表面积差异显著（表1）。单点BET比表面积、多点BET比表面积和Langmuir比表面积均为玉米秸秆炭最小，为1.15～2.53 m2g-1；水稻和油菜秸秆炭相对较大且大小相当，为2.14～3.47 m2g-1。玉米秸秆炭的BJH吸附累积孔体积和BJH脱附累积孔体积最小；而最高单点吸附总孔体积最大，为0.56 cm3g-1，较水稻秸秆炭的0.44cm3g-1、玉米秸秆炭的0.35 cm3g-1分别高出27.3%和60.0%。3种生物质炭的平均孔直径排列顺序为：水稻秸秆炭>玉米秸秆炭>油菜秸秆炭。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同原料制备的生物炭形貌结构及表面特性研究[J]. 王彤彤,王晓琳,任志胜,郑纪勇. 环境科学与技术. 2017(01)
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[4]热解材料对生物炭理化性质的影响[J]. 杨放,李心清,王兵,孙璐,何云勇,黄一敏,李阳. 农业环境科学学报. 2015(09)
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[6]炭化条件对黑沙蒿生物炭产率的影响[J]. 侯建伟,索全义,梁桓,韩雪琪,刘长涛. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2015(01)
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[9]水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能[J]. 陈再明,陈宝梁,周丹丹. 环境科学学报. 2013(01)
[10]生物质炭孔隙分形特征研究[J]. 林晓芬,张军,尹艳山,盛昌栋. 生物质化学工程. 2009(03)
本文编号：3095821
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