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不同热解温度制备的烟秆生物炭理化特征分析

徐亮 于晓娜 李雪利 王悦霖 宋佳倩 叶协锋 卢剑

徐 亮, 于晓娜, 李雪利, 王悦霖, 宋佳倩, 叶协锋, 卢 剑. 不同热解温度制备的烟秆生物炭理化特征分析[J]. 土壤通报, 2021, 52(1): 75 − 81 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020050701
引用本文: 徐 亮, 于晓娜, 李雪利, 王悦霖, 宋佳倩, 叶协锋, 卢 剑. 不同热解温度制备的烟秆生物炭理化特征分析[J]. 土壤通报, 2021, 52(1): 75 − 81 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020050701
XU Liang, YU Xiao-na, LI Xue-li, WANG Yue-lin, SONG Jia-qian, YE Xie-feng, LU Jian. Physico-chemical Characteristics of Biochars Prepared by Pyrolysis of Tobacco-stalk under Different Temperatures[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(1): 75 − 81 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020050701
Citation: XU Liang, YU Xiao-na, LI Xue-li, WANG Yue-lin, SONG Jia-qian, YE Xie-feng, LU Jian. Physico-chemical Characteristics of Biochars Prepared by Pyrolysis of Tobacco-stalk under Different Temperatures[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(1): 75 − 81 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020050701

不同热解温度制备的烟秆生物炭理化特征分析

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020050701
基金项目: 烟草行业烟草栽培重点实验室资助项目(30800665)、河南省烟草公司资助项目(HYKJ201301)和重庆市烟草公司资助项目(NY20140401070010)资助
详细信息
    作者简介:

    徐亮:徐 亮(1992−),男,河南郑州人,硕士研究生,主要研究方向为烟草栽培生理生化。E-mail: 273868659@qq.com

    通讯作者:

    E-mail: lujian617952@126.com

  • 中图分类号: X53

Physico-chemical Characteristics of Biochars Prepared by Pyrolysis of Tobacco-stalk under Different Temperatures

  • 摘要: 分别对100 ~ 800 ℃下于马弗炉中低氧炭化制备的烟秆生物炭进行研究,分析其基础理化性质的变化。结果表明,烟草秸秆生物炭微量元素含量在热解温度为100 ~ 400 ℃时呈逐渐上升的趋势,在400 ~ 500 ℃时较为稳定;大量元素含量增加;C含量和N元素含量在100 ~ 300 ℃时逐渐增加,在400 ~ 800 ℃时先增加后下降,C/N在300 ~ 500 ℃时较为稳定。随着热解温度的升高,烟草秸秆生物炭表面水分子、甲基和亚甲基等官能团减少,C=C含量逐渐增多;烟草秸秆生物炭的BET比表面积、孔径、比孔容均在400 ~ 500 ℃时较大。烟草秸秆生物炭的中孔较多,孔隙内部特征多为墨水瓶状孔。热解温度为400 ~ 500 ℃时,烟杆生物炭大量和微量元素含量相对较高,C/N较为稳定,孔隙结构最为复杂。
  • 图  1  烟草秸秆生物炭的红外吸收光谱

    Figure  1.  Infrared absorption spectra of tobacco-stalk biochar under different pyrolysis temperatures

    图  2  烟草秸秆生物炭氮气吸附-脱附等温线

    Figure  2.  Adsorption isotherms of tobacco-stalk biochar under different pyrolysis temperatures

    图  3  烟秆生物炭比孔容分布曲线

    Figure  3.  Specific pore volume distribution of tobacco-stalk biochar under different pyrolysis temperatures

    图  4  烟秆生物炭比表面积分布曲线

    Figure  4.  Specific area distribution of tobacco-stalk biochar under different pyrolysis temperatures

    表  1  烟秆生物炭大量和中量矿质元素随热解温度的变化

    Table  1.   Mineral macro-elements and middle-elements of tobacco-stalk biochar under different pyrolysis temperatures

    热解温度(℃)
    Temperature

    Phosphorus
    (mg g−1)

    Potassium
    (mg g−1)

    Calcium
    (mg g−1)

    Magnesium
    (mg g−1)
    100 1.123 d 10.44 c d 14.05 e 1.50 d
    200 2.786 d 26.54 d 26.56 d e 3.11 d
    300 4.941 c 54.11 c 42.45 d 5.09 c
    400 9.346 b 113.25 b 97.18 b 9.87 b
    500 10.707 b 116.68 b 97.18 b 12.27 b
    600 10.178 b 140.23 a 104.84 b 10.57 b
    700 7.715 b c 112.58 b 80.19 c 7.43 c
    800 18.209 a 115.86 b 202.43 a 22.01 a
      注:每组同列的不同字母表示0.05 显著水平。下同。
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    表  2  烟秆生物炭微量矿质元素随热解温度的变化

    Table  2.   Mineral micro-elements of tobacco-stalk biochar under different pyrolysis temperatures

    热解温度(℃)
    Temperature

    Boron
    (mg g−1)

    Iron
    (mg g−1)

    Manganese
    (mg g−1)

    Zinc
    (mg g−1)
    100 0.013 c d 0.125 d e 0.008 d 0.016 d
    200 0.015 c d 0.361 d 0.026 c 0.030 c d
    300 0.019 c 0.285 d 0.047 b 0.055 c
    400 0.010 d 0.821 bc 0.090 a 0.091 b
    500 0.011 d 1.152 b 0.090 a 0.090 b
    600 0.067 a 0.946 b 0.095 a 0.094 b
    700 0.040 b 0.811 b c 0.065 b 0.064 c
    800 ℃ 0.020 c 1.862 a 0.236 c 0.140 b
      注:每组同列的不同字母表示0.05显著水平。下同。
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    表  3  烟秆生物炭C、N元素含量随热解温度的变化

    Table  3.   Contents of carbon (C) and nitrogen (N) in tobacco-stalk biochar under different pyrolysis temperatures

    热解温度(℃)
    Temperature
    碳(%)
    C
    氮(%)
    N
    C/N
    100 36.89 a b 2.40 b 15.36 a
    200 41.00 a 3.56 a 11.50 b
    300 41.01 a 3.80 a 10.80 b
    400 23.97 b 2.22 b 10.77 b
    500 15.22 c 1.43 c 10.64 b
    600 7.55 d 0.84 d 9.01 b c
    700 6.64 d 0.79 d 8.43 b c
    800 3.49 e 0.71 d 4.95 d
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    表  4  烟秆生物炭的比表面积和孔结构参数

    Table  4.   Specific surface area and pore structure parameters of tobacco-stalk biochar under different pyrolysis temperatures

    热解温度
    Temperature
    (℃)
    BET比表面积
    BET specific
    surface area
    (m2 g−1)
    比孔容
    Specific pore
    volume
    (cm3 g−1)
    平均孔径
    Average
    poresize
    (nm)
    t-Plot微孔比表面积
    t-Plot micropore specific
    surface area
    (m2 g−1)
    中孔比表面积
    Mesopore specific
    surface area
    (m2 g−1)
    中孔孔容
    Mesopore
    pore volume
    (cm3 g−1)
    100 0.824 0.001 1.847 0.146 0.370 0.002
    200 1.619 0.003 1.847 0.286 0.928 0.005
    300 2.880 0.005 1.766 0.800 1.522 0.008
    400 6.072 0.009 2.769 0.955 3.294 0.011
    500 6.849 0.011 4.543 0.579 4.477 0.015
    600 5.269 0.008 3.794 3.491 0.014
    700 4.659 0.008 3.694 3.294 0.011
    800 1.199 0.003 5.439 1.046 0.004
      注:“−”未检测到数值。
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    表  5  烟秆生物炭孔隙参数的相关性分析

    Table  5.   Correlation analysis of tobacco-stalk biochar pore parameters

    温度
    Temperature
    比表面积
    Specific surface area
    孔径
    Pore size
    比孔容
    Specific pore volume
    温度 1 0.321 0.900** 0.416
    比表面积 0.321 1 0.308 0.989**
    孔径 0.900** 0.308 1 0.393
    比孔容 0.416 0.989** 0.393 1
      注:“−”未检测到数值。
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-07
  • 修回日期:  2020-08-11
  • 刊出日期:  2021-03-05

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