本文關(guān)鍵詞： 生物炭 養(yǎng)分元素 氣氛 溫度　出處：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：生物炭是在無氧或者缺氧的條件下,生物質(zhì)熱解后形成的含碳量較高、穩(wěn)定性較強(qiáng)的固體產(chǎn)物。稻稈作為制備生物炭的原材料具有來源廣泛、數(shù)量巨大、可再生能力強(qiáng)等特點(diǎn)。生物炭作為潛在的土壤改良劑,其還田后對(duì)土壤及農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響受到研究者的廣泛關(guān)注。然而,制備條件對(duì)生物炭養(yǎng)分特性的影響機(jī)制研究相對(duì)缺乏。本論文主要以稻稈為原料,在不同熱解條件下制備生物炭,通過熱解產(chǎn)物產(chǎn)率計(jì)算、EA,XPS、SEM-EDS、BET、GC-MS等多種方法研究了不同熱解條件對(duì)熱解產(chǎn)物中碳、氮、磷、鉀等養(yǎng)分元素的影響,揭示了生物炭制備過程中養(yǎng)分元素的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制。其主要成果和結(jié)論如下:(1)CO_2氣氛下制備的生物炭產(chǎn)率、pH、養(yǎng)分元素的總量比N_2氣氛高;生物炭產(chǎn)率、養(yǎng)分元素的總量隨溫度升高而降低,而生物炭pH呈上升趨勢(shì);生物炭產(chǎn)率、養(yǎng)分元素不受進(jìn)氣流速的影響,但進(jìn)氣流速增大生物炭pH呈下降趨勢(shì);隨著升溫速率的增大,生物炭產(chǎn)率、pH、養(yǎng)分元素的總量呈下降趨勢(shì)。對(duì)不同制備條件下的生物炭產(chǎn)率、pH、養(yǎng)分元素進(jìn)行層次分析,從而得出CO_2氣氛下,當(dāng)溫度為400oC、升溫速率為20oC/min、進(jìn)氣流速為0L/h時(shí)制備的生物炭較好。(2)隨溫度的升高,生物油中碳、氮元素先增加再減少,其中酚類物質(zhì)是生物油的主要成分,生物油中含氮物質(zhì)由含雜環(huán)氮物質(zhì)向其他含氮類物質(zhì)轉(zhuǎn)化;氣體產(chǎn)物中碳、氮元素處于增長(zhǎng)的趨勢(shì);CO_2氣氛下生物油中酚類、酰胺類物質(zhì)相對(duì)含量高于Ar氣氛;CO_2氣氛下氣體產(chǎn)物中碳、氮總量高于N_2氣氛。(3)CO_2氣氛下生物炭中碳、氮元素總量高于Ar氣氛下,CO_2氣氛下生物炭中炭架結(jié)構(gòu)稀疏,C與O的結(jié)合明顯增加;熱解時(shí)稻稈中的蛋白質(zhì)、游離氨基酸、胺、吡咯、生物堿、無機(jī)鹽遷移轉(zhuǎn)化為生物炭中的氨基化合物、酰胺、腈、吡咯、胺、無機(jī)鹽等物質(zhì),生物炭中氮元素主要是與碳元素相結(jié)合。(4)稻稈中的磷、鉀元素基本保留在生物炭中,稻稈中有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為K2HPO3、(NaPO3)3、P4O10等物質(zhì)保留在生物炭中,稻稈中鹵化鉀、KNO3、KNO_2一部分以原來形態(tài)保留在生物炭中,一部分轉(zhuǎn)化為鉀絡(luò)合物、石墨層-鉀保留在生物炭中。(5)隨溫度升高,生物炭比表面積增加,生物炭主要以微孔和介孔為主;碳、氮、磷、硫元素相對(duì)總量減少,鉀元素相對(duì)總量增加,無機(jī)氮、無機(jī)磷、無機(jī)硫相對(duì)含量增加,可利用性鉀相對(duì)含量減少,但是無機(jī)氮、磷、可利用性鉀相對(duì)總量減少,無機(jī)硫相對(duì)總量增加。因此,說明400oC的生物炭品質(zhì)較好。(6)CO_2氣氛下制備的生物炭比表面積、總孔體積高于N_2氣氛,且生物炭中無機(jī)氮、無機(jī)磷、無機(jī)硫、可利用性鉀相對(duì)含量高于N_2氣氛。由此表明CO_2氣氛下制備的生物炭品質(zhì)優(yōu)于N_2氣氛下制備的生物炭。
[Abstract]:Biochar is a solid product with high carbon content and strong stability after pyrolysis of biomass under anaerobic or anoxic conditions. Rice stalks as raw materials for the preparation of biochar have a wide range of sources and a large number. Biochar, as a potential soil modifier, has attracted extensive attention from researchers for its effects on soil and crop growth after being returned to the field. The effect of preparation conditions on the nutrient properties of biochar is relatively lacking. In this paper, biochar was prepared from rice straw under different pyrolysis conditions. The effects of different pyrolysis conditions on carbon, nitrogen, phosphorus, potassium and other nutrient elements in pyrolysis products were studied by calculating the yield of pyrolysis products. The main results and conclusions are as follows: the biochar yield is pH and the total nutrient content is higher than that in N\ -2 atmosphere, the biochar yield is higher than that in N\ -2 atmosphere, the biochar yield is higher than that in N\ -2 atmosphere, and the total amount of nutrient elements is higher than that in N\ -2 atmosphere, the main results and conclusions are as follows. The total amount of nutrient elements decreased with the increase of temperature, but the pH value of biochar increased; the yield of biochar, nutrient element was not affected by the inlet gas flow rate, but the pH value of biochar decreased with the increase of inlet gas velocity; with the increase of heating rate, the pH value of biochar increased. The pH value of biochar yield and the total nutrient element were decreased. The pH of biochar yield and nutrient element under different preparation conditions were analyzed, and the results showed that under the atmosphere of CO_2, the pH and nutrient elements of biochar were analyzed. When the temperature is 400oC, the heating rate is 20oC / min, and the inlet flow rate is 0L / h, the carbon and nitrogen elements in bio-oil increase first and then decrease with the increase of temperature, in which phenols are the main component of bio-oil. Nitrogen in bio-oil is transformed from heterocyclic nitrogen to other nitrogen-containing compounds, and carbon and nitrogen elements in gas products are in an increasing trend. In the atmosphere of CO-2, phenols are found in bio-oil. The relative content of amides is higher than that of carbon in gas products in ar atmosphere, and the total amount of nitrogen is higher than that in biochar in NSP _ 2 atmosphere. The total amount of nitrogen element was higher than that in ar atmosphere, the binding of carbon frame structure sparsely C and O in biochar was obviously increased, the protein, free amino acid, amine, pyrrole, alkaloid in rice stalk were increased during pyrolysis, and the content of amino acid, pyrrole, alkaloid, amino acid, pyrrole, alkaloid, Inorganic salts were transferred to amino compounds, amides, nitriles, pyrrole, amines, inorganic salts and other substances in biochar. The transformation of organic phosphorus from rice straw to K _ 2HPO _ 3N _ 3N _ 4O _ (10) was retained in biochar. Some of Kno _ (3) O _ (2) in rice culm was retained in biochar, some was transformed into potassium complex, and graphite layer and potassium remained in biochar (.5) with the increase of temperature, and Kno _ (3) O _ (2) remained in biochar, and K _ (3) O _ (2) was changed into K _ (2) HPO _ (3). The specific surface area of biochar was increased, and the microporous and mesoporous carbon was the main one, while the relative total amount of carbon, nitrogen, phosphorus and sulfur decreased, the relative total amount of potassium increased, the relative content of inorganic nitrogen, inorganic phosphorus and inorganic sulfur increased. The relative content of available potassium decreased, but the relative total amount of inorganic nitrogen, phosphorus and available potassium decreased, and the relative total amount of inorganic sulfur increased. The total pore volume was higher than that in N _ 2 atmosphere, and the relative contents of inorganic nitrogen, inorganic phosphorus, inorganic sulfur and available potassium in biochar were higher than those in N _ 2 atmosphere, which indicated that the quality of biotic carbon prepared in CO_2 atmosphere was better than that in N _ 2 atmosphere.
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S156.2

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