不同裂解温度下生物炭释放溶解性有机质的光谱特征分析

作     者：赵敏 陈丙法 冯慕华 陈开宁 潘继征 ZHAO Min;CHEN Bing-fa;FENG Mu-hua;CHEN Kai-ning;PAN Ji-zheng

作者机构：中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2020年第40卷第8期

页      面：2505-2511页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41001324) 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07603-005)资助 

主　　题：生物炭 裂解温度 溶解性有机质 紫外-可见光谱 三维荧光光谱 

摘      要：生物炭释放的溶解性有机质(DOM)具有复杂的生物地球化学特征,影响着污染物的迁移与转化和全球碳循环等诸多环境过程。相比对生物炭理化性质、结构特征的研究,生物炭DOM的研究仍相对匮乏,其中裂解温度驱动下生物炭释放DOM的光谱特征鲜有报道。以两种常见且具有较好应用前景的生物炭—竹炭(楠竹生物炭)和木炭(柏木生物炭)为研究对象,通过紫外-可见光谱、三维荧光光谱结合平行因子法(3DEEMs-PARAFAC),研究不同裂解温度下(100~700℃)两种生物炭释放DOM的光谱特征。结果表明,裂解温度决定两种生物炭释放DOM的潜能及其光谱特征。裂解温度越高, DOM释放量越小,且400℃是所研究两种生物炭DOM释放的临界裂解温度,当裂解温度低于400℃,生物炭DOM释放明显,当裂解温度高于400℃,生物炭释放量很低且趋于稳定。柏木生物炭的DOM释放量明显高于楠竹生物炭。低温裂解过程中(300℃)两种生物炭DOM存在大量紫外-可见发色团,并随着裂解温度上升逐步分解。通过3DEEMs-PARAFAC从生物炭荧光溶解性有机物(FDOM)中分离出2个类腐殖质荧光物质(C1和C2)及1个类蛋白荧光物质(C3), 3个荧光组分对裂解温度的响应不同,类腐殖质荧光强度在300℃出现峰值,而后随裂解温度上升而下降,类蛋白物质始终随着裂解温度的上升而下降。低温裂解(200℃)以类蛋白荧光为主,随着温度上升,类腐殖质组分占主导。此外,基于光谱特征分析,裂解温度还影响两种生物炭DOM诸多生物地球化学特征,随着裂解温度上升,两种生物炭DOM的相对分子质量,芳香性、疏水性和腐殖化程度均先增大再减小,但对应的峰值温度各不一致。因生物质原料差异,楠竹生物炭DOM的相对分子质量,芳香性、疏水性和腐殖化程度均明显大于柏木生物炭。该研究结论将进一步为生物炭DOM的环境行为研究,生物炭应用过程中环境管理与评估提供有益的参考。