為表征不同作物秸稈加工制成的生物質(zhì)炭的理化性質(zhì)差異,以玉米、水稻和油菜的秸稈為原料制備生物質(zhì)炭,借鑒材料科學(xué)的方法,研究其形貌結(jié)構(gòu)、表面特性和有機(jī)組分元素比等內(nèi)容。結(jié)果表明:200℃→450℃作物秸稈樣品失重量和失重速率最大,半纖維素和纖維素為主要燃失物質(zhì)。玉米、水稻和油菜的秸稈生物質(zhì)炭均為多孔結(jié)構(gòu),孔隙大小和形狀各異。水稻秸稈炭的比表面積最大（2.65 m2g-1）、油菜秸稈炭次之（2.56 m2g-1）、玉米秸稈炭最小（1.84 m2g-1）。水稻、玉米、油菜秸稈炭的孔體積變化率分別在43 nm、62 nm、48 nm處達(dá)到峰值。油菜秸稈炭的H/C最小、為0.03,O/C和（O+N）/C最大、分別為1.15和1.19。因此,450℃更利于殘留樣品質(zhì)量;生物質(zhì)炭的孔隙結(jié)構(gòu)決定其比表面積,油菜秸稈炭具有更強(qiáng)的芳香性、親水性和極性。研究結(jié)果可為生物質(zhì)炭的制取和應(yīng)用提供參考依據(jù)。 

【文章來源】：土壤通報(bào). 2020,51(01)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

N2氛圍下油菜秸稈的熱重分析

圖1 N2氛圍下油菜秸稈的熱重分析這些官能團(tuán)在油菜秸稈炭中隨著炭化溫度的升高變化顯著，波峰的大小表示相應(yīng)官能團(tuán)含量的相對多少。在300℃之前羧基消失，這與圖1中33℃→100℃樣品失水，65℃出現(xiàn)最大失水波峰相吻合。300℃～400℃生物質(zhì)中的纖維素或半纖維素、脂肪組分急劇分解而被去除，450℃時(shí)—OH消失。這些與圖1中200℃→450℃油菜秸稈明顯失重相印證。當(dāng)炭化溫度為500℃時(shí)，油菜秸稈炭中的官能團(tuán)基本穩(wěn)定存在，木質(zhì)素成分已保留很少（C=C:1440 cm-1和O—H:1375 cm-1）。在1613 cm-1處及466～1081 cm-1之間伸縮振動(dòng)峰的存在，說明最終生物質(zhì)炭結(jié)構(gòu)是以芳環(huán)骨架為主，同時(shí)保留著少量的無機(jī)組分Si—O—Si。與450℃以后樣品質(zhì)量降低相對緩慢及失重速率相對穩(wěn)定相吻合。

圖3是用掃描電鏡(S-530，日本)掃描的掃描圖片，由圖可知，油菜秸稈炭具有光滑的勻質(zhì)結(jié)構(gòu)和大量的蜂窩狀多孔體的微觀形貌，這些蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)的大小、形狀各異，且排列緊密。玉米秸稈炭孔隙相對較少，大小孔差異明顯，表面光滑且分布些管狀結(jié)構(gòu)的薄片。水稻秸稈炭的部分孔隙結(jié)構(gòu)外化破裂，孔徑增大呈片狀的不規(guī)則多邊形結(jié)構(gòu)，同時(shí)不均勻的分布著一些碎片顆粒使得生物質(zhì)炭存在了一些疏松的孔隙和尖角。3種生物質(zhì)炭的孔體積、孔徑和比表面積差異顯著（表1）。單點(diǎn)BET比表面積、多點(diǎn)BET比表面積和Langmuir比表面積均為玉米秸稈炭最小，為1.15～2.53 m2g-1；水稻和油菜秸稈炭相對較大且大小相當(dāng)，為2.14～3.47 m2g-1。玉米秸稈炭的BJH吸附累積孔體積和BJH脫附累積孔體積最��；而最高單點(diǎn)吸附總孔體積最大，為0.56 cm3g-1，較水稻秸稈炭的0.44cm3g-1、玉米秸稈炭的0.35 cm3g-1分別高出27.3%和60.0%。3種生物質(zhì)炭的平均孔直徑排列順序?yàn)椋核窘斩捥?gt;玉米秸稈炭>油菜秸稈炭。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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