炭化温度和时间对烟秆生物质炭微观结构和理化性质的影响

王成己; 吴志丹; 胡忠良; 唐莉娜; 刘岑薇; 黄毅斌

doi:10.19303/j.issn.1008-0384.2017.07.016

炭化温度和时间对烟秆生物质炭微观结构和理化性质的影响

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2017.07.016

王成己^{1, 2,},
吴志丹³,
胡忠良⁴,
唐莉娜⁵,
刘岑薇¹,
黄毅斌^1, ,

1.
福建省农业科学院农业生态研究所/农业部福州农业环境科学观测实验站, 福建福州 350013
2.
土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 江苏南京 210008
3.
福建省农业科学院茶叶研究所, 福建福安 355015
4.
福建省三明市烟草公司沙县分公司, 福建沙县 365500
5.
福建省烟草专卖局烟草农业科学研究所, 福建福州 350003

基金项目:

中国烟草总公司福建省公司项目闽烟合同[2013]031

福建省自然科学基金项目 2016J01179

土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）开放基金课题 Y412201409

详细信息

作者简介:
王成己(1972-), 男, 博士, 副研究员, 主要从事土壤碳循环与气候变化研究(E-mail:ecohyb@163.com)

通讯作者:
黄毅斌(1964-), 男, 博士, 研究员, 主要从事农业生态研究(E-mail:ecohtb@163.com)

中图分类号: S141.6
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出版历程
- 收稿日期: 2016-10-15
- 修回日期: 2017-05-26
- 刊出日期: 2017-07-28

Effects of Pyrolytic Time and Temperature on Microstructure, Physical and Chemical Properties of Biochar Made from Tobacco Straws

1.
Institute of Agricultural Ecology, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou, Fujian 350013, China
2.
State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture/Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing, Jiangsu 210008, China
3.
Tea Research Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fu'an, Fujian 355015, China
4.
Shaxian Branch of Sanming Tobacco Company of Fujian province, Shaxian, Fujian 366500, China
5.
Tobacco Agriculture Science Research Institute of Fujian Province, Fuzhou, Fujian 350003, China

摘要

摘要: 为揭示不同温度和时间炭化的生物质炭微观结构及理化性质差异，以烟秆为原料，研究炭化温度（300、450、600℃）和时间（1、3 h）对烟秆生物质炭特性及元素组成的影响。结果表明，烟秆生物质炭呈多孔、高比表面积结构，较为完整地保留了烟秆的组织结构。烟秆生物质炭pH值、有机碳含量、全钾含量和C/N比随炭化温度的升高和时间的延长而升高，而产出率和全氮含量则呈降低趋势。炭化条件对烟秆生物质炭理化性质具有明显影响，炭化温度的影响大于炭化时间。生物质炭的农业应用为烟秆无害化处理提供了新途径，但受生产成本及烟秆就地炭化水平影响，烟秆生物质炭推广应用还有一定的局限性。
- 炭化 /
- 温度 /
- 时间 /
- 烟秆 /
- 生物质炭 /
- 微观结构 /
- 理化性质
Abstract: Effects of temperature and duration of pyrolysis on the microstructure, physical and chemical properties of biochar made from tobacco straws were studied. Pyrolysis at 300, 450, and 600 for 1 or 3 h to produce biochar were carried out for comparison. It was found that the resulting biochar was highly porous with a considerable specific surface area, and the structure remained largely that of the tobacco straws. As the pyrolytic time and temperature increased, the biochar increased on pH, organic carbon, total potassium and C/N ratio, while declined on output and total nitrogen. Conditions of the pyrolysis also significant affected the physical and chemical properties of the biochar, particularly, the temperature. Biochar for agriculture applications was a new venue to utilize tobacco straws. Nonetheless, the production cost, technology development, and on-site operation were some of the obstacles yet to be overcome before it could be feasibly applied for common practices.
- pyrolysis /
- temperature /
- duration /
- tobacco straws /
- biochar /
- microstructure /
- physical and chemical properties

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图 1 烟秆生物质炭微观结构

注：A为300℃、1 h，B为450℃、1 h，C为600℃、1 h，D为300℃、3 h，E为450℃、3 h，F为600℃、3 h。

Figure 1. Microstructure of biochar made from tobacco straws

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图 2 炭化温度和时间对生物质炭产出率的影响

Figure 2. Effects of pyrolytic time and temperature on biochar output

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图 3 炭化温度和时间对生物质炭pH值的影响

Figure 3. Effects of pyrolytic time and temperature on pH of biochar

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表 1 炭化温度和时间对烟秆生物质炭养分含量的影响

Table 1. Effects of pyrolytic time and temperature on chemical composition of biochar

炭化温度 /℃	炭化时间 /h	有机碳 /%	全氮 /(g·kg^-1)	全钾 /(g·kg^-1)	C/N比
300	1	62.43±3.51bB	18.48±1.29aA	34.38±0.83dB	33.96±4.14cD
	3	63.35±2.90bB	17.22±0.55aA	36.02±2.85cdB	36.81±2.12cCD
450	1	73.84±4.11aA	15.06±0.48bB	39.70±1.03bcAB	49.02±1.73bBC
	3	74.19±4.65aA	14.28±0.56bB	42.97±1.36abA	52.09±5.37bB
600	1	76.92±4.21aA	10.89±1.00cB	43.97±2.94aA	71.29±7.71aA
	3	80.94±3.71aA	10.62±0.42cB	44.81±2.44aA	76.21±1.21aA
注：同列数据后小写和大写字母不同分别表示达到5%和1%差异显著水平。

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参考文献(27)

[1]	ANTAL M J, GRONLIM M. The art, science and technology of charcoal production[J]. Industrial and Engineering Chemistry, 2003, 42:1619-1640. doi: 10.1021/ie0207919
[2]	LEHMANN J, GAUNT J, RONDON M. Biochar Sequestration in Terrestrial Ecosystems:A review[J]. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 2006(11):395-419. https://ideas.repec.org/r/spr/masfgc/v11y2006i2p395-419.html
[3]	WOOLF D, AMONETTE J E, STREET-PERROTT F A, et al. Sustainable Biochar to Mitigate Global Climate Change[J]. Nature Communications, 2010, 1(3):118-124. http://www.wenkuxiazai.com/doc/a51c21562f60ddccda38a0c7-3.html
[4]	潘根兴, 张阿凤, 邹建文, 等.农业废弃物生物质炭转化还田作为低碳农业途径的探讨[J].生态与农村环境学报, 2010, 26(4):394-400. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NCST201004029.htm
[5]	乔志刚, 付嘉英, 郑金伟, 等.不同炭基肥对青椒生长、品质和氮素农学利用率的影响[J].土壤通报, 2014, 45(1):185-191. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRTB201401029.htm
[6]	才吉卓玛, 翟丽梅, 习斌, 等.生物炭对不同类型土壤中Olsen-P和CaCl₂-P的影响[J].土壤通报, 2014, 45(1):173-178. http://www.cqvip.com/QK/91157X/201401/48388515.html
[7]	杜臻杰, 齐学斌, 陈效民, 等.生物质炭和猪场沼液对潮土水力特征参数的影响[J].水土保持学报, 2014, 28(1):189-192. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRQS201401036.htm
[8]	吴志丹, 尤志明, 江福英, 等.生物黑炭对酸化茶园土壤的改良效果[J].福建农业学报, 2012, 27(2):167-172. http://www.fjnyxb.cn/CN/abstract/abstract1831.shtml
[9]	张祥, 王典, 姜存仓, 等.生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响[J].中国生态农业学报, 2013, 21(8):979-984. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGTN201308011.htm
[10]	吴志丹, 江福英, 王峰, 等.生物黑炭茶园应用技术试验示范效果[J].福建农业学报, 2014, 29(6):550-554. http://www.fjnyxb.cn/CN/abstract/abstract2453.shtml
[11]	夏广洁, 宋萍, 邱宇平.牛粪源和木源生物炭对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附机理研究[J].农业环境科学学报, 2014, 33(3):569-575. doi: 10.11654/jaes.2014.03.025
[12]	BEESLEY L, MORENO-JIMENEZ E, GOMEZ-EYLES J L. Effects of Biochar and Green Waste Compost Amendments on Mobility, Bio-Availability and Toxicity of Inorganic and Organic Contaminants in a Multi-Element Polluted Soil[J]. Environmental Pollution, 2010, 158(6):2282-2287. doi: 10.1016/j.envpol.2010.02.003
[13]	袁敏, 姜军, 赵安珍, 等. 4种温度条件下制备的稻草炭对丙氨嗪的吸附特征[J].生态与农村环境学报, 2012, 28(6):712-717. http://industry.wanfangdata.com.cn/dl/Detail/Periodical?id=Periodical_ncsthj201206017
[14]	许燕萍, 谢祖彬, 朱建国, 等.制炭温度对玉米和小麦生物质炭理化性质的影响[J].土壤, 2013, 45(1):73-78. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TURA201301011.htm
[15]	WANG H C, FENG L Y, CHENG Y G. Advances in Biochar Production from Wastes and Its Applications[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2012, 31(4):907-914. http://www.hgjz.com.cn/EN/abstract/abstract12320.shtml
[16]	张晶, 苏德纯.秸秆炭化后还田对不同镉污染农田土壤中镉生物有效性和赋存形态的影响[J].农业环境科学学报, 2012, 31(10):1927-1932. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHBH201210012.htm
[17]	王成己, 王义祥, 林宇航, 等.生物黑炭输入对果园土壤性状及活性有机碳的影响[J].福建农业学报, 2012, 27(2):196-199. http://www.fjnyxb.cn/CN/abstract/abstract1835.shtml
[18]	秦海芝, 刘莹莹, 李恋卿, 等.人居生活废弃物生物黑炭对水溶液中Cd²⁺的吸附研究[J].生态与农村环境学报, 2012, 28(2):181-186.
[19]	邵玲玲, 邹平, 杨生茂, 等.不同土壤改良措施对冷浸田温室气体排放的影响[J].农业环境科学学报, 2014, 33(6):1240-1246. doi: 10.11654/jaes.2014.06.027
[20]	吴志丹, 尤志明, 江福英, 等.不同温度和时间炭化茶树枝生物炭理化特征分析[J].生态与农村环境学报, 2015, 31(4):583-588. doi: 10.11934/j.issn.1673-4831.2015.04.022
[21]	鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科技出版社, 2000.
[22]	杨兴, 黄化刚, 王玲烟, 等.烟秆生物质炭热解温度优化及理化性质分析[J].浙江大学学报:农业与生命科学版, 2016, 42(2):245-255. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZJNY201602014.htm
[23]	姚红宇, 唐光木, 葛春辉, 等.炭化温度和时间与棉秆炭特性及元素组成的相关关系[J].农业工程学报, 2013, 29(7):199-206. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYGU201307028.htm
[24]	李宏光, 赵正雄, 杨勇, 等.施肥量对烟田土壤氮素供应及烟叶产质量的影响[J].西南师范大学学报(自然科学版), 2007, 32(4):37-42. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XNZK200704010.htm
[25]	王岩, 刘国版.绿肥中养分释放规律及对烟叶品质的影响[J].土壤学报, 2006, 43(2):273-279. doi: 10.11766/trxb200501180216
[26]	陈庆荣, 王成己, 陈曦, 等.施用烟秆生物黑炭对红壤性稻田根际土壤微生物的影响[J].福建农业学报, 2016, 31(2):184-188. http://www.fjnyxb.cn/CN/abstract/abstract2874.shtml
[27]	王成己, 陈庆荣, 陈曦, 等.烟秆生物质炭对烟草根际土壤养分及细菌群落的影响[J].中国烟草科学, 2017, 38(1):42-47. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGYV201701007.htm