彭隆基 肖佳冰 熊晶 王凡 徐驥

摘要：為了詳細(xì)了解不同碳化溫度下煙桿生物炭產(chǎn)率的不同，并對(duì)其變化特性加以研究，本文運(yùn)用室內(nèi)模擬的方法，分別將煙桿在350、400、450、500、550、600℃條件下進(jìn)行熱解，然后再測(cè)定出煙桿生物在不同溫度下的炭產(chǎn)率，并利用紅外光譜、射線(xiàn)掃描、核磁共振等方式來(lái)對(duì)煙桿生物炭的特性進(jìn)行了分析和比較。研究結(jié)果表明煙桿生物的炭產(chǎn)率會(huì)隨著溫度的升高而呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，并且在熱解溫度達(dá)到450℃時(shí)，煙桿生物的炭產(chǎn)率達(dá)到最大值，在溫度繼續(xù)上升到500℃及以上時(shí)，炭產(chǎn)率以及各項(xiàng)特性基本趨于穩(wěn)定。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭的穩(wěn)定程度隨著熱解溫度的升高而不斷增強(qiáng)，而煙桿生物的整體極性則會(huì)隨著溫度的升高而逐漸降低。由此可知，在450℃條件下，煙桿生物的炭產(chǎn)率達(dá)到峰值，這對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)都具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：煙桿生物;炭產(chǎn)率;特性比較

引言：

生物質(zhì)炭一般指的是生物質(zhì)材料在無(wú)氧或者部分缺氧的環(huán)境中，利用高溫將其進(jìn)行熱解而得到的一種具有性質(zhì)穩(wěn)定和炭含量較為豐富的固體，這是一種最新研發(fā)的功能材料，具有綠色安全、生態(tài)環(huán)保、吸附性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于生態(tài)保護(hù)也非常的友好。我國(guó)作為世界上的農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年因廢棄而丟掉的農(nóng)業(yè)物資不僅造成了環(huán)境的污染而且也是對(duì)自然資源的巨大浪費(fèi)，而生物炭制備技術(shù)的出現(xiàn)則是一個(gè)很好的變廢為寶的渠道，對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都具有十分重要的意義。

1.材料與方法

1.1材料選擇

本實(shí)驗(yàn)所采用的煙桿材料來(lái)自貴州省某地種植的煙地，首先將采集到的煙桿分解為長(zhǎng)度約30mm左右的長(zhǎng)段，并將其置于溫度為80℃的鼓風(fēng)烘箱內(nèi)烘干（含水量在5%-10%之間），直至它們的重量不變?yōu)橹埂?/p>

1.2生物質(zhì)炭的制備

將風(fēng)干后的煙桿置于生物質(zhì)炭化反應(yīng)釜內(nèi)，并在缺氧的條件下對(duì)其進(jìn)行熱解，最終設(shè)定熱解的溫度為350、400、450、500、550和600℃，需要注意的是在升溫的過(guò)程中應(yīng)保持一定的速度緩慢進(jìn)行升溫，并在溫度達(dá)到設(shè)定值之后保溫2小時(shí)，以使煙桿能夠完全熱解。在同樣的條件下，每個(gè)設(shè)定的溫度值均重復(fù)三次以上實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)完成之后將樣品冷卻至室溫后對(duì)其進(jìn)行研磨混勻，然后再使用100目的篩子過(guò)濾后，裝入自封袋中密封保存[1]。

1.3生物質(zhì)炭的測(cè)定

通過(guò)對(duì)樣品制備前后不同組的質(zhì)量損失來(lái)得出煙桿生物炭的產(chǎn)率，并在對(duì)烘干前后質(zhì)量損失進(jìn)行比較后得出煙桿的水分含量。利用燒灼法來(lái)測(cè)定煙桿的灰分含量，采用元素分析儀來(lái)測(cè)定C、N等元素的含量，并測(cè)取煙桿在不同溫度下的pH 值。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1煙桿生物炭產(chǎn)率分析

煙桿生物的炭產(chǎn)率會(huì)隨著溫度的不斷升高而逐步的下降，以實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的溫度值為例，在350℃時(shí)，煙桿的炭產(chǎn)率為45.2%;而在溫度升高到了600℃時(shí)，煙桿的炭產(chǎn)率則下降到了33.4%。并且實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)在熱解溫度大于500℃時(shí)，煙桿炭產(chǎn)率的變化微乎其微，不具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的幾個(gè)溫度值內(nèi)，熱解溫度從350℃上升至400℃時(shí)，炭產(chǎn)率下降了大概9%左右，而熱解溫度由400℃上升至450℃時(shí)，炭產(chǎn)率則會(huì)進(jìn)一步下降1.8%，再將熱解溫度由450℃升高至500攝氏度時(shí)，煙桿的炭產(chǎn)率下降了大約1.9%，這也充分表明隨著熱解溫度的升高，煙桿炭產(chǎn)率一直在降低。究其原因，則可能是在將煙桿進(jìn)行熱解的過(guò)程中，隨著溫度的不斷升高，煙桿內(nèi)部的C—H、C—O等穩(wěn)定的化學(xué)鍵逐漸的分解開(kāi)來(lái)，而H、O等質(zhì)量較輕的元素在高溫下會(huì)揮發(fā)出去，留下來(lái)的則是C、Ca等質(zhì)量較重的元素;另一種解釋為煙桿在較低的熱解溫度下，能夠自動(dòng)形成二次結(jié)炭、重聚反應(yīng)等，從而導(dǎo)致了炭產(chǎn)率的升高[2]。

2.2煙桿生物質(zhì)特性分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在設(shè)定溫度值350℃—600℃之間，煙桿生物質(zhì)炭呈現(xiàn)出堿性的特征，其中pH值最小是在350℃時(shí)出現(xiàn)，為pH=9.1，最大是在450℃時(shí)出現(xiàn)的，pH=9.9。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，在熱解溫度小于450℃時(shí)，伴隨著熱解溫度的逐步升高，煙桿生物炭的pH值呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，究其原因是因?yàn)殡S著溫度的升高，造成了煙桿內(nèi)Ca、K等元素不斷的增多，而這些元素存在的形式大多都是碳酸鹽，在這些物質(zhì)遇水之后，pH值就會(huì)明顯升高。在溫度繼續(xù)上升至500℃及以上時(shí)，煙桿生物質(zhì)炭的pH值并明顯的變化，而基本維持在pH=9.6附近[3]。

研究還發(fā)現(xiàn)，隨著熱解溫度的不斷上升，煙桿生物質(zhì)炭的電導(dǎo)率發(fā)生了很大的變化，試驗(yàn)中溫度每提升一個(gè)梯度，電導(dǎo)率就會(huì)隨之而增大，其中在溫度由450升至500℃時(shí)，電導(dǎo)率的增幅最大，達(dá)到了驚人的1.24mS/cm。當(dāng)溫度達(dá)到600℃時(shí)，煙桿生物質(zhì)炭的電導(dǎo)率會(huì)迅速升高，而相反陽(yáng)離子的交換量則會(huì)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，利用煙桿生物質(zhì)炭的這種特性，可以將其作為土壤的改良劑。煙桿生物質(zhì)炭在不同溫度下的炭產(chǎn)率及pH值、電導(dǎo)率等特性變化如下表1所示。

3.結(jié)論

煙桿生物質(zhì)炭的炭產(chǎn)率會(huì)隨著熱解溫度的不斷升高而逐步的降低，并在熱解溫度高于500℃時(shí)，維持穩(wěn)定狀態(tài)。

煙桿生物質(zhì)炭的pH值在熱解溫度到達(dá)450℃時(shí)，出現(xiàn)最大值pH=9.98，此后會(huì)隨著溫度的上升而呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。

煙桿生物質(zhì)炭的電導(dǎo)率也會(huì)隨著熱解溫度的升高而逐漸的變大，并且在熱解溫度到達(dá)600℃時(shí)升高幅度最大。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟李群，張?jiān)迄i，蘇漳文，劉青，賈亞運(yùn)，劉愛(ài)琴.不同炭化溫度下杉木生物炭產(chǎn)率及特性比較[J].福建林業(yè)科技，2014，41（02）：38-41.

[2]劉子婧.虛擬現(xiàn)實(shí)主義和后電影理論-數(shù)字時(shí)代的電影制作和電影觀念[J].戲劇之家，2019（6）：114-114.

作者簡(jiǎn)介：彭隆基，男，漢，貴州省畢節(jié)市，1977.3.3，本科，農(nóng)藝師，研究方向烤煙生產(chǎn)技術(shù)，畢節(jié)市煙草公司威寧分公司 553100。