不同制备条件下枸杞枝生物炭的性质及对吸附的影响

詹舒婷，宋明丹，李正鹏*

(1.青海大学农牧学院，青海 西宁 810016； 2.青海大学农林科学院，青海 西宁 810016)

1 材料与方法

1.1 试验材料与制备

本试验用的枸杞枝采自青海省柴达木盆地枸杞种植园。2018年春季收集修剪下来的枸杞枝,自然风干，将其剪成12 cm长的枝条放入坩埚，并在80 ℃下烘干称重。

将装有枸杞枝的陶瓷坩埚盖上盖放入马弗炉中热解炭化，马弗炉升温速率为15 ℃/min。为了防止生物质材料在高温条件下氧化，需提前在炉中通入氮气，排出炉中空气。本研究设置热解温度为300、400、500 ℃，停留时间为30、60、90 min，共9个处理，3次重复。热解后生成的生物炭冷却至室温后称重，磨碎过0.25 mm筛，放入自封袋密封保存以备后续测定。

1.2 生物炭指标测定

(1)炭产率的测定。炭产率=(炭化后的质量/炭化前的质量)×100%

(2)pH、电导率的测定。称取生物炭3 g于塑料瓶中，加入30 mL去离子水，在室温下180 r/min震荡24 h，过滤，然后利用雷磁pH计和电导仪测定pH和电导率。

1.3 数据分析

利用Excel 2013进行数据整理分析、作图，采用SPASS18.0软件进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

相同停留时间条件下，生物炭产率随热解温度升高而降低(图1a)。停留时间为30、60、90 min，热解温度从300 ℃到500 ℃时，生物炭的炭产率分别降低39.2%、16.3%、24.8%，停留时间为30 min时，热解温度对生物炭产率的影响最大；停留时间30 min与60、90 min之间差异显著。热解温度为300、400、500 ℃，停留时间从30 min到90 min时，生物炭产率分别降低21.5%、1.2%、7.1%，热解温度为300 ℃时，停留时间对生物炭产率的影响最大；热解温度对生物炭产率的影响大于停留时间。

相同停留时间条件下，随着热解温度的升高，生物炭的pH显著升高(图1b)。停留时间为30、60、90 min时，热解温度从300 ℃到500 ℃时，生物炭的pH分别升高2.38、1.99、2.56，停留时间为90 min时，热解温度对生物炭的pH影响最大；停留时间30 min与60、90 min之间差异显著。热解温度为300、400、500 ℃，停留时间从30 min到90 min时，生物炭的pH分别升高了0.91、0.66、0.70，热解温度为300 ℃时，停留时间对生物炭的pH影响最大；各热解温度之间差异显著。

热解温度为300 ℃时，生物炭电导率在0.74～1.10 mS/cm内变化；热解温度为400、500 ℃时，停留时间为90 min的生物炭电导率显著高于停留时间为30 、60 min的生物炭电导率(图1c)。停留时间为30、60、90 min时，热解温度从300 ℃到500 ℃时，生物炭电导率分别升高2.61、3.08、6.66 mS/cm，停留时间为90 min时，热解温度对生物炭电导率的影响最大；停留时间为90 min，热解温度为400 ℃时生物炭电导率达到8.37 mS/cm，比热解温度为300 ℃时高了7.428 mS/cm；停留时间30 min与60、90 min之间差异显著。热解温度为300、400、500 ℃，停留时间从30 min到90 min时，生物炭电导率分别升高0.207、3.66、4.24 mS/cm，热解温度为500 ℃时，停留时间对生物炭电导率影响最大；热解温度300 ℃与400、500 ℃之间差异显著。

图1 不同热解条件下生物炭的理化性质及对吸附的影响Fig.1 Effects of physicochemical properties of biochar on the adsorption of under different pyrolysis conditions

2.2 生物炭各指标间的相关性

表1 生物炭各指标间的皮尔森相关性

表2 不同热解条件下1 t枸杞枝炭化后的总吸附量

3 讨论与结论

本研究表明，热解温度对生物炭产率的影响大于停留时间，当停留时间为30、60、90 min，热解温度从300 ℃到500 ℃时，生物炭产率分别降低39.2%、16.3%和24.8%，这与王章鸿等[10]的研究结果一致。周强等[11]研究发现随着热解温度的升高，生物炭无机矿物会增加，生物炭pH和电导率逐渐增加。本研究中，停留时间为30、60、90 min，热解温度从300 ℃到500 ℃时，生物炭的pH分别升高了2.38、1.99和2.56；停留时间为30、60、90 min，热解温度从300 ℃到500 ℃时，生物炭电导率分别升高2.61、3.08、6.66 mS/cm。

本研究为青海省废弃枸杞枝还田腐解困难提供了理论依据，之后可将枸杞枝生物炭施入土壤，研究其对土壤水分运移的影响。