生物质炭在环境中的应用--李伟.doc

生物质炭在环境中的应用

学生：李伟

指导老师：王聪颖

摘要生物质炭具有高度稳定性和较强的吸附性能，可从气候、地质等多方面对环境产生影响，在全球气候变化、炭生物地球化学循环以及环境系统中发挥着非常重要的作用，长期以来成为国内外大气科学、地质学和环境科学领域研究的热点。本文重点概述了生物质炭的理化性质及其在环境方面的应用，并对今后生物质炭在环境中的应用及研究方向进行了简要的展望。

关键词生物质炭；土壤；气候；能源

Applicationofbiocharinenvironment

WeiLiCongyingWang

AbstractBiomass-derivedblackcarbon,alsonamedbiochar,hasthecharacteristicsofhighstabilityagainstdecayandhighcapabilityofadsorption,andcanaffecttheenvironmentthroughitsinteractionswithclimateandgeology,playingasignificantroleinglobalclimatechange,carbonbiogeochemicalcycle,andenvironmentalsystem.Inrecentyears,moreandmoreresearchersinthefieldsofatmosphericsciences,geology,andenvironmentalsciencefocusedontheenvironmentalbehaviorandeffectofbiochar.Thispaperofferedthelatestinformationregardingthecharacteristicsandapplicationinenvironmentofbiochar.Researchprospectswerebrieflydiscussedtheapplicationandresearchdirectionofbiocharineco-environment.

Keywordsbiomass-derivedblackcarbon(biochar);soil;climate;energy

生物质炭(biochar)简介

生物质炭(biomass-derivedblackcarbon或biochar)，也叫生物炭、生物质焦，是由植物生物质在完全或局部缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质[1]，属于广义概念上黑碳(blackcarbon)的一种类型〔图1〕。常见的生物质炭包括竹炭、秸秆炭、稻壳炭等。而日常所说的木炭，是木材或木质原料经过干馏所残留的深褐色或黑色多孔固体燃料，是保持木材原来构造和孔内残留焦油的不纯的无定形碳[2-3]。木炭的生产原料是珍贵的森林资源，加之工艺传统，所以其价格昂贵，主要应用在工业上。而生物质炭的生产工艺相对简单，原材料来源广泛且价格低廉，为其广泛的应用提供了可能。并且，生物质炭与木炭相比，具有以下优点：①代替木材烧制的炭，保护森林资源，维持生态平衡；②以废弃物为原料，变废为宝，化害为利，综合利用，减轻对环境的污染；③原料取之不尽，用之不竭，年复一年生长，廉价甚至无价；④热值高，放热时间长；⑤无毒、无味、无烟[4]。

本文概述了近年来国内外在生物质炭的理化性质、农业、气候变化、能源等几个方面的研究进展，并简要的提出了今后生物质炭的研究的方向，旨在推动我国生物质炭的在环境中的应用研究工作，并为生物质炭在其他领域的应用提供新的思路。

图1生物质炭图2电子显微镜下生物质炭的孔隙结构

生物质炭的特性

生物质炭的元素组成主要包括碳(一般高达60%以上[5])、氢、氧等，其次是灰分(包括钾、钙、钠、镁、硅等)。生物质炭的元素组成由最终炭化温度决定，随着最终炭化温度的升高，其含碳量增加，氢和氧的含量降低，灰分含量亦有所增加。而灰分的元素组成与植物生长地的地质有关。生物质炭不仅由稳定芳香化结构组成，而且还含有许多脂肪族和氧化态碳结构物质[6]。生物质炭颗粒内的碳形式可能取决于植物细胞结构中碳的特征、炭化条件以及形成过程(挥发性物质的浓缩或植物细胞直接炭化)。

生物质炭孔隙结构兴旺、比外表积巨大〔图2〕。不同的生物质类型或炭化条件所制得的生物质炭表现出不同的性能。据报道，日本学者采用850℃炭化竹材和椰子壳，发