不同热解温度和升温速率下杨树枝条生物质炭产率和理化性质分析

作     者：孙玲 贾明云 刘壮壮 薛建辉 于金平 SUN Ling;JIA Mingyun;LIU Zhuangzhuang;XUE Jianhui;YU Jinping

作者机构：南京林业大学生物与环境学院江苏南京210037 江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园)江苏省植物资源研究与利用重点实验室江苏南京210014 

出 版 物：《植物资源与环境学报》 (Journal of Plant Resources and Environment)

年 卷 期：2023年第32卷第3期

页      面：71-82,91页

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金(BE2022306)。 

主　　题：杨树 枝条 生物质炭 热解温度 升温速率 产率 理化性质 

摘      要：以杨树(Populus sp.)枝条为原材料,研究不同热解温度和升温速率下制备的生物质炭产率和理化性质的变化。结果表明:热解温度对杨树枝条生物质炭的产率,灰分含量,pH值,电导率,C、N、H、K、Ca、Na和Mg含量以及C/H比均有极显著(P0.01)影响,升温速率对K、Ca和Mg含量以及C/H比有显著(P0.05)或极显著影响,二者的交互作用对灰分含量,pH值,电导率以及H、K、Ca、Na和Mg含量有显著或极显著影响。同一升温速率下,生物质炭产率随着热解温度的升高而降低,热解温度700℃条件下的生物质炭产率较热解温度300℃降低了68.93%~70.76%;生物质炭的灰分含量、pH值和电导率总体随着热解温度的升高而升高。同一升温速率下,随着热解温度的升高,生物质炭C含量升高,N含量先升高后降低,H含量降低。与热解温度300℃相比较,热解温度700℃条件下的生物质炭C含量的增幅在50%以上,H含量的降幅在80%以上,差异达显著水平。同一升温速率下,生物质炭的K、Ca、Na和Mg含量总体随着热解温度的升高而升高,且热解温度700℃条件下这4个元素含量较热解温度300℃显著升高。同一升温速率下,随着热解温度的升高,生物质炭表面层状结构逐渐明显,比表面积和总孔容总体呈增大的趋势,平均孔径、微孔面积和微孔体积的变化趋势存在差异。总体上看,生物质炭的表面官能团种类在不同热解温度和升温速率下基本相同;随着热解温度的升高,-CH_(3)和-CH_(2)等官能团数量减少,C=C数量增加,生物质炭稳定性增加;随着升温速率的增加,-OH数量增加,C/H比下降,生物质炭稳定性下降。综上所述,热解温度400℃、升温速率10℃·min^(-1)条件下制备的杨树枝条生物质炭呈弱碱性,C和N含量损失较少,较适合改良碱性土壤;热解温度500℃~700℃条件下制备的生物质炭pH值、灰分含量以及K和Na含量较高,更适合改良酸性土壤;热解温度600℃和700℃条件下制备的生物质炭比表面积较高,适合改良重金属和有机物污染的土壤。