生物质炭的特性及其应用研究

胡富民++李甘

摘 要：阐述并分析了生物质炭的特性，并以此为依据，介绍生物质炭在各领域中的应用，希望能够从理论层面上为推进生物质炭相关研究进展提供一点指导与支持。

关键词：生物质炭；特性；应用

一、引言

所谓的生物质炭，就是在无氧或缺氧环境中，对含碳生物质进行高温裂解处理而得来的高度芳香化、富含碳素的多孔固体颗粒。生物质炭的碳与植物营养物质含量很高，其孔隙结构也比较丰富，比表面积较大，有很多含氧活性基团附着在其表面，并且这种材料也具有比较丰富的功能。例如在土壤中使用可以使土壤性质得到改善，对污染物进行吸收，能够有效固定碳、氮，又比如能够对温室气体排放起到控制作用。可见，关于生物质炭的特性及应用研究具有重要的现实意义。

二、生物质炭特性分析

通常情况下，根据基质与条件的不同，生成的生物质炭的物理与化学性质也存在一定的差异，然而它们在很多方面的特性却是相同的。例如生物质炭都是由碳、氧、氮与氢等元素组成，其中碳具有最好的质量分数，生物质炭中烷基和芳香结构则占据主要地位。此外，生物质炭的氮、镁、钙等元素也具有较高的含量。

大部分情况下生物质炭都呈碱性，其pH值在5～12的范围内，在制备过程中，随着热解温度的提升，生物质炭的pH相应的也更高。在生物质炭中，碱性物质的存在形态以含有矿质元素形成的碳酸盐为主，其中有大量含氧官能团存在于生物质炭表面，例如-COO-（-COOH）、-O-（-OH），这也是生物质炭碱性物质存在形态的一种。由于表面的含氧官能团量很大，因此生物质炭的吸附特性比较优异，并且在酸碱的缓冲能力方面也比较突出。此外，由于含氧活性基团的存在，生物质炭表面带有负电荷，因此在阳离子交换方面，生物质炭的能力也相对突出。

生物质炭的孔隙结构丰富且复杂，孔隙之间的大小也存在差异。一般情况下，生物质炭的孔隙率决定了其比表面积。如果在一定的温度条件下，热解温度与比表面积成正比例关系。基于此，持水性也是生物质炭的一大特深。然而，随着热解温度的进一步升高，生物质炭的持水性将会降低，究其原因，就在于在高热解温度条件下，生物质碳表面的极性官能团数量相对较少，进而强化了表面疏水性，因此土壤间隙水难以得到保持。

三、生物质炭的应用研究

1.农业领域

在农业领域，生物质炭的功能十分丰富，例如可以将其用作土壤改良剂、缓释肥料载体以及固碳/氮减排等等。以土壤改良剂的应用为例，生物质炭的作用主要可以从土壤物理化学性质、土壤微生态环境、土壤微生物环境以及有毒元素控制等四个方面得到体现。生物質炭的比表面积非常大，其表面官能团数量也十分丰富，除了可以对土壤各方面性能进行改善，使土壤肥力得到增加，同时也可以使土壤有机质含量得到提升，这对于植物生长而言有着十分积极的作用与影响。

又比如在固碳/氮减排方面，生物质炭的碳含量非常高，其稳定性非常强，在生产与存储时能够锁定生物质中的碳素，使微生物分解进入大气的情况得到有效避免，如此一来，生物质炭就能够实现增汇减排的作用，可以对温室气体排放加以有效控制，为气候变化提供积极的影响。

此外，生物质炭的孔隙结构非常丰富，能够使土壤孔隙度得到提升，也可以实现土壤保水能力的强化，进而使土壤体积质量得到控制，对于植物根系生长有着积极的影响。与此同时，生物质炭所含营养元素量非常高，对于土壤养分循环与植物生长而言也起到重要作用，能够使肥料养分在土壤中的释放得到延缓，再者，生物质炭的生物学稳定性也很强，因此能够对微生物分解起到抵御作用，进而实现土壤固碳作用的强化，使碳排放到大气的情况得到控制。因此作为缓释肥料载体具有较强的可行性与适用性。

2.环保领域

生物质炭的生产成本不高，再加上上文所述的各项特性，使其在环境污染物的吸附能力方面也比较突出，因此，如果在环保领域对生物质炭加以运用，必然可以取得比较理想的效果。例如在污水处理中，生物质炭可以用作废水中农药、其他有机溶剂以及重金属离子的去除。又比如在烟气净化方面，生物质炭可以有效吸附CO、SO2、NH3等气体，并且还可以吸附烟气中的气态Hg。在有害气体的净化中，生物质炭的应用也相对便捷，在经济性、可行性以及有效性方面都具有突出优势。当然，现阶段，关于生物质炭在气体净化中的应用研究相对较少，因此需要我们围绕此进行进一步完善，提高生物质炭的应用价值。此外，在土壤修复中，生物质炭的应用效果也比较理想。在土壤中施用生物质炭，可以使微生物活性得到提升，进而为土壤中有害物的降解提供支持，进而实现土壤的修复与治理。

3.能源领域

在能源领域中生物质炭也具有极高的应用价值，例如可以将生物质炭作为固体燃料。通过生物质原料的转化，然后进行进一步处理，可以得到生物质炭成型燃料，这样可以降低生物质炭燃料的收集难度，减小运输成本，同时也可以提高生物质资源的利用率，对于缓解能源危机而言有着积极作用。例如由相关研究人员就将小桉树木材作为原料进行生物质炭的制取，相较于生物质，其热值提升了近1.8倍，完全可以代替煤基燃料。

此外，将生物质炭用于燃料电池也具有较强的可行性。生物质炭的比表面积较高，含氧官能团也非常丰富，在电池阳极反应中，生物质炭能够起到很好的推动作用，其导电性能优异，灰度也比较低，能够使欧姆极化降低，使电池使用寿命得到延长，因此对于直接碳燃料电池阳极材料而言，生物质炭是一个比较不错的选择。

四、结语

总而言之，生物质炭资源非常丰富，其各方面特性都非常突出，在各领域中都具有很高的应用价值。随着人们环保意识的提升，合理运用生物质炭，为环境保护工作提供有力支持具有重要意义。作为相关研究人员，我们应致力于生物质炭应用实践中存在问题的分析，并采取有效优化方法，使生物质炭的应用价值得到进一步提升。

参考文献：

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