以水稻秸稈、杉木、毛竹三種不同原材料制作生物炭,通過設置400℃、600℃、800℃的制備溫度來探究不同原材料生物炭的特性,通過熱重分析、電鏡影像分析、紅外官能團分析、元素組分分析、比表面積及孔徑分析和灰分組分分析的測定,來具體說明三種生物炭在不同制備溫度下的理化性質。然后以水稻秸稈生物炭作為代表,進一步研究生物炭在吸附時間、環(huán)境pH、不同濃度梯度和不同生物炭量的條件下對尿素、銨氮、硝氮的吸附特征影響。實驗研究結果表明：(1)水稻秸稈、杉木和竹子的完全炭化溫度為400℃、500℃和600℃,水稻秸稈的完全炭化溫度最低,制備生物炭的能耗最低；水稻秸稈生物炭、杉木生物炭和竹子生物炭都具有清晰的表面孔隙結構,隨制備溫度的升高,微觀表面結構逐漸清晰。不同溫度下,水稻秸稈生物炭的比表面積和孔徑顯著大于杉木生物炭和竹子生物炭；水稻秸稈生物炭、杉木生物炭、竹子生物炭隨著制備溫度的升高,表面含氧官能團,尤其是羰基和羥基不斷減少,芳香性增強,極性減弱。不同制備溫度下,水稻秸稈生物炭的官能團吸收峰比杉木生物炭和竹子生物炭更加明顯,秸稈生物炭含有更豐富的官能團,化學反應活性大；隨著制備溫度的升高,生物炭的有機碳組分含量增大,氮、氫、氧組分含量降低。杉木生物炭中有機碳含量最高,水稻秸稈生物炭中有機碳含量最低。竹子生物炭的中微量元素含量相對較高,而水稻秸稈生物炭和杉木生物炭相差不大。竹子生物炭中環(huán)境毒性元素含量最高,而水稻秸稈生物炭中最低。(2)隨著吸附時間和環(huán)境pH的增大,800℃的水稻秸稈生物炭對溶液中尿素的吸附量依次大于600℃和400℃。隨著吸附溶液尿素濃度和生物炭添加量的增加,800℃和600℃的水稻秸稈生物炭對溶液中尿素的吸附量明顯大于400℃。粒徑為2.0mm的水稻秸稈生物炭對溶液中尿素的吸附作用優(yōu)于0.45mm。水稻秸稈生物炭吸附溶液中尿素的推薦條件為：吸附時間3h,吸附環(huán)境pH 7,生物炭粒徑2.0mm,溶液初始濃度3mol/L,以及較少的水稻秸稈生物炭添加量。(3)堿性吸附環(huán)境(pH8)不利于水稻秸稈生物炭對溶液中銨氮的吸附。0.45mm粒徑的水稻秸稈生物炭吸附溶液中銨氮效果優(yōu)于2.0mm粒徑。水稻秸稈生物炭吸附溶液中銨氮的推薦條件為：吸附時間12h,吸附環(huán)境pH 8,生物炭粒徑0.45mm,以及較高的溶液銨氮濃度和水稻秸稈生物炭添加量。(4)在不同吸附時間、吸附環(huán)境pH、溶液濃度和生物炭添加量條件下,400℃制備的水稻秸稈生物炭對溶液中硝氮的吸附明顯高于600℃和800℃制備的水稻秸稈生物炭。粒徑對水稻秸稈生物炭吸附溶液中硝氮的效果無顯著影響。水稻秸稈生物炭吸附溶液中硝氮的推薦條件為：吸附時間12h,吸附環(huán)境pH 7,溶液硝氮濃度10ppm,生物炭粒徑2.0mm,以及較少水稻秸稈生物炭添加量。綜上,隨著制備溫度的升高,生物炭的碳骨架孔隙結構逐漸清晰而且分布均勻,比表面積增加,微孔結構變得更為豐富,含氧官能團不斷減少,堿性基團呈增加趨勢,芳香性增強,穩(wěn)定的碳環(huán)結構增加,作物生長的必需營養(yǎng)元素含量豐富。水稻秸稈生物炭對溶液中不同形態(tài)氮(尿素、銨氮、硝氮)吸附能力弱,吸附量小。生物炭對溶液中尿素、銨氮、硝氮吸附量分別為0.75mg/g、1.77mg/g、8.64mg/g左右。后續(xù)研究需要通過改性等技術手段提升水稻秸稈生物炭對不同形態(tài)氮的吸附能力,為生物炭農業(yè)利用提供基礎理論支撐。
【學位單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：S216
【部分圖文】：

圖２－１：生物炭制備技術流程逡逑原料種類（水稻轄桿、竹子、木材）和制備溫度（４００°Ｃ、６理。分別為Ｓ４；邋４００°Ｃ稻軒生物炭，Ｓ６；邋６００’Ｃ稻桿生；邋４００°Ｃ木材生物炭，Ｗ６：邋６００‘Ｃ木材生物炭，Ｗ８：邋８００物炭，Ｂ６：邋６００°Ｃ竹子生物炭，Ｂ８；邋８００°Ｃ竹子生物炭。逡逑法逡逑法（ＴＧＡ）觀察樣品在升媼過程中的質量隨溫度變化ｎＥｌｍｅｒ邋公司，Ｐｙｒｉｓ邋１邋ＴＧＡ）逡逑別將水稻稻桿、竹子和木材等樣品放入鼓風干燥箱中Ｉ再用粉碎機磨碎（浙江豐利粉碎設備有限公司，ＨＷＶ５００測定。逡逑

溫度廣Ｃ）逡逑圖２－３：杉木恒定升溫熱重分析逡逑從圖２－４的ＴＧ－Ｔ曲線中可Ｗ看出，在恒定升溫速率下，竹子的重量隨著溫度的變化逡逑趨勢。２４°Ｃ到１５３‘Ｃ過程重量的損失率為４．０％，是竹子的脫水階段。而從１５４‘Ｃ到４４４’Ｃ逡逑是失重率最大的區(qū)間，從ＤＴＧ－Ｔ曲線也表明這一溫度范圍是失重速率最快的區(qū)間，說明逡逑這是竹子的主要熱解區(qū)間，該區(qū)間物質的失重量約占原重的７５％，失重主要是析出竹子逡逑中的揮發(fā)分而導致。在４４５°ＣＷ后還有一小段區(qū)間的失重，可能是由于竹子中還有一些沸逡逑點較高的物質緩慢析出。在６００°ＣＷ后失重逐漸趨于平緩。由此可レッ推斷出竹子完全炭化逡逑的溫度為６００’Ｃ。逡逑…５［邐、邐—重量變化Ａ邋—重量變化速率Ｂ邋ｊ邋１逡逑Ｉ：邋＾邋％逡逑：：＼ｋ逡逑Ｖ邋Ａ邋＾８逡逑０邋Ｉ￣？￣Ｉ￣ｉ￣Ｉ￣ｉ￣Ｉ￣■￣Ｉ—■■￣１￣■￣Ｉ￣＾邐＼邐＼邋Ｌ邋■邋．１邋Ｉ．＿．＿１－９逡逑－１００邐０邐１００邐２００邐３００邐４００邐５００邐６００邐７００邐８００邋目邋００逡逑溫度（Ｘ）逡逑W２￣４；竹子恒定升溫熱重分析逡逑

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