1、磷酸二氫鈣與生物質(zhì)共熱解提高生物炭固碳效果 摘 要： 我國(guó)是能源大國(guó)，每年向空氣中排放的碳元素是巨大的，我國(guó)政府在固碳和碳元素的減排能力方面面臨著的巨大壓力。而在碳元素減排過(guò)程中通過(guò)利用相應(yīng)的生物技術(shù)和廢棄的物質(zhì)開(kāi)展生物炭制備逐漸成為社會(huì)大眾普遍關(guān)注的研究領(lǐng)域。生物質(zhì)在向著生物炭轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生生物油和生物混合氣體等生物能源物質(zhì)，進(jìn)一步減小化石燃料的排放，同時(shí)，生成的生物炭進(jìn)入土壤之后能夠切實(shí)改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤固碳能力，減少肥料的使用量，促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)增收。本文主要以鋸末和雞糞作為原料，通過(guò)向其中添加上磷酸二氫鈣和生物質(zhì)原料開(kāi)展研究，分析磷酸二氫鈣與生物質(zhì)共熱解提高生物炭固碳效果，希

2、望通過(guò)本次研究對(duì)同行有所幫助。 關(guān)鍵詞：磷酸二氫鈣 生物質(zhì) 熱解 生物炭 固碳效果 中圖分類(lèi)號(hào)：s156.2 x142 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1003-9082（2017）03-0272-01 生物炭的固碳效果取決于生物質(zhì)向著生物炭熱解碳化和生物炭進(jìn)入土壤進(jìn)行封存的兩個(gè)過(guò)程，而在熱解碳化反應(yīng)過(guò)程中如何制備出中碳保留量高和穩(wěn)定性強(qiáng)的生物炭產(chǎn)品就顯得尤為重要。最近國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)圍繞生物質(zhì)類(lèi)型、熱解工藝等生產(chǎn)條件進(jìn)行了大量的研究，而對(duì)添加物的研究較少。有文獻(xiàn)指出向玉米秸稈中添加適量的磷酸二銨進(jìn)行生物炭制備，能夠顯著提升生物炭的生產(chǎn)效率。但是對(duì)于添加礦物質(zhì)和生物質(zhì)共熱熱解，對(duì)生物炭中碳元素的保留量

3、和碳穩(wěn)定性的研究較少。基于此，本次研究主要參考前人研究基礎(chǔ)上，對(duì)磷酸二氫鈣與生物質(zhì)共熱解提高生物炭固碳效果進(jìn)行了研究，現(xiàn)將研究?jī)?nèi)容報(bào)告如下： 一、材料和方法 1.材料選取 本次研究過(guò)程中選擇中鋸末和雞糞作為生物質(zhì)原料，將上述材料風(fēng)干后粉碎處理，使用100目篩篩選之后就可以使用了。共熱礦物質(zhì)材料選擇使用磷酸二氫鈣。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將鋸末和雞糞與磷酸二氫鈣按照一比四的比例進(jìn)行混合，然后將磷酸二氫鈣與鋸末以及雞糞的混合材料分別放入到指定的生物炭熱解裝置，然后向裝置中融入氮?dú)猓诘獨(dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行熱解反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用逐段升溫的方式，現(xiàn)將熱解裝置升溫到200度，作用一個(gè)小時(shí)后再升高到300度，作用一小時(shí)升到

4、400度，直至升高到500度作用一小時(shí)。本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中設(shè)置鋸末和雞糞未添加磷酸二氫鈣兩個(gè)組別作為對(duì)照，添加臉?biāo)岫溻}的鋸末和雞糞組分別命名為n1和n2，未添加磷酸二氫鈣的鋸末和雞糞組命名為m1和m2。 2.生物炭分析方法 首先，生物炭的ph值、元素組成和比表面積測(cè)定按照相應(yīng)的研究文獻(xiàn)中進(jìn)行；其次，生物炭保留量測(cè)定按照如下公式計(jì)算：c=（cbcmbc/mbmcbm+maca）100%，在這個(gè)公式mbc為共熱解后固體殘留物的質(zhì)量單位為g，mbm為生物質(zhì)質(zhì)量，單位為g，cbc為生物質(zhì)原料的碳含量，單位為%，鋸末和雞糞的原料的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為44.4%和38.0，ma為添加磷酸二氫鈣的質(zhì)量，單位為g，

5、ca為添加物磷酸二氫鈣的含碳量，單位為%；再次，生物炭化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)定。取一定量的生物炭粉末，放入試管中加入過(guò)氧化氫，混合均勻后水浴80度氧化2天，自然冷卻后稱(chēng)取質(zhì)量，測(cè)定殘留物中的含碳量，每次測(cè)試重復(fù)三次，根據(jù)p失量來(lái)表示生物炭的化學(xué)氧化穩(wěn)定性；最后，生物炭的微生物礦化穩(wěn)定性。稱(chēng)取一定量的生物炭和一定量洗凈的石英砂，放入20ml真空玻璃瓶?jī)?nèi)，向其中加入營(yíng)養(yǎng)液和接種液，30度環(huán)境下培養(yǎng)60天，分別在培養(yǎng)的第1天、5天、12天、24天、36天、48天和60天進(jìn)行采樣測(cè)定。采樣過(guò)程中密封玻璃瓶，選擇相應(yīng)的方法玻璃瓶中的空氣排出去二氧化碳的空氣置換出來(lái)，密封24小時(shí)，采用氣相色譜法測(cè)定真空瓶中的二氧化

6、碳含量。 二、結(jié)果 1.生物炭的理化性質(zhì)分析 在生物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化生物炭過(guò)程中，通過(guò)添加磷酸二氫鈣對(duì)生物炭的ph值，生物炭含碳量，氫碳比都產(chǎn)生的了不小的影響，添加了磷酸二氫鈣后生物炭的比表面積增加。詳細(xì)情況見(jiàn)表1所示。 2.生物炭碳保留量 本次研究過(guò)程中生物炭碳保留量如表1所示，添加磷酸二氫鈣比未添加磷酸二氫鈣的生物炭炭保留量增加了30%和25%以上的量。詳細(xì)情況見(jiàn)表2所示。 3.生物炭化學(xué)穩(wěn)定性分析 未添加磷酸二氫鈣的鋸末生物炭被過(guò)氧化氫氧化后，高達(dá)65%以上的碳損失，而處理過(guò)的生物炭穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。相反的改性后雞糞生物炭化學(xué)穩(wěn)定性顯低于改性前，說(shuō)明生物炭化學(xué)穩(wěn)定性取決于生物炭原料。詳細(xì)情況見(jiàn)表

7、3所示。 4.生物炭微生物礦化穩(wěn)定性 未添加磷酸二氫鈣的鋸末和雞糞中12天前排放速率最大隨后趨于穩(wěn)定，而經(jīng)過(guò)處理的生物炭相對(duì)于未處理的生物炭更加穩(wěn)定，這說(shuō)明添加磷酸二氫鈣能后顯著抑制二氧化碳的排放。詳細(xì)情況見(jiàn)表4所示。 三、結(jié)論 1.在生物質(zhì)熱解過(guò)程中添加磷酸二氫鈣是一個(gè)減少熱結(jié)果碳損失并提高生物炭保留量的有效手段。 2.磷酸二氫鈣改性生物炭的化學(xué)穩(wěn)定性取決于生物炭原材料類(lèi)型。 3.通過(guò)添加磷酸二氫鈣前處理熱解鋸末和雞糞獲得改性生物炭的芳香化結(jié)構(gòu)得到增強(qiáng)，使得改性后生物炭都降低了礦化損失量。 但本次研究局限于一種添加比，需要進(jìn)一步研究不同添加比對(duì)生物炭固碳效果的影響，并在田間開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。 參考文獻(xiàn) 1李飛躍，謝越，石磊，李孝良，李粉茹