PDF《生物质内源矿物对热解过程及生物炭稳定性的影响》

采 用色散型共聚焦拉曼光谱仪 (Senterra R200-L, Bruker Optics, 德国) 分析生物炭碳骨架的结构, 通过 G 峰和 D 峰的相对大小判断其无序化程度, 拉曼激发光源为

5 mW、

532 nm 的激光器,光谱范围在 80耀4500 cm-1 之间, 每个生物炭样品取三个不同区域进行测试.计 算三个区域 ID/IG 的平均值, ID/IG 可用于表示样品的无 序化程度. 选取重铬酸钾 (K2Cr2O7 ) 来评估生物炭的化 学稳定性. 称取约含 0.1 g 碳当量的生物炭样品于

50 mL 锥形瓶中,配制 0.1 mol ・ L-1 K2Cr2O7 与2mol・ L-1 H2SO4 的混合液作为氧化剂, 振荡混匀后与生物炭混 合, 在55 益恒温水浴中加热

60 h, 过滤分离后在分光 光度计

585 nm 下测定吸光度.

2 结果与讨论 2.1 生物质的性质及内源矿物去除效果 生物质去矿前后的有机元素及矿物元素含量结 果见表 1.由表

1 可知, 生物质中的矿物去除之后, 其C含量显著提高. 花生壳和牛粪的 C 含量分别由原始 的44.1%和37.9%升高至去矿后的 48.4%和47.5%;

灰分含量分别由 4.64%和15.10%降低至 0.85%和2.22%.对于矿物元素, 花生壳中 K 含量为 1.77%, 牛 粪中 Ca 含量达 1.43%,相对于其他矿物元素含量较 高;

另外,两种生物质中的 Fe、 Al、 Mg 含量分别在 0.165%耀0.204%、 0.093%耀0.175%、 0.183%耀0.274%之间. 生物质在酸洗之后主要矿物元素均发生了显著变 化, 由表

1 可见, 碱金属和碱土金属被去除最明显. 两种生物质中, K 的平均去除率高达 97.3%, 而Ca、 Mg 的平均去除率分别为 69.2%和84.8%.表明 K 盐 大多为可溶物, 最易去除;

而Ca 盐及 Mg 盐次之, 这 是由于生物质 Ca 和Mg 的主要存在形态为 CaCO

3、 Ca3 (PO4 )

2、 Mg3 (PO4 )

2 [7] .对于花生壳和牛粪, 酸洗之后 其总的灰分的去除率分别为 81.7%和85.3%.本研究 所得去除效果与文献中所报道的 K、 Ca、 Na、 Mg 的平 均去除效果较为吻合 (85%耀99%) [15] . 因此, HCl 与HF 混合酸洗方法可用于研究矿物的影响. 2.2 去除矿物对生物质热解特性的影响 去除矿物前后的生物质热解曲线如图

1 所示. 由图1可以看出两种生物质去矿前后的热解性质差异 明显,且主要差异发生在热解阶段的 150耀470 益, 此C/% H/% N/% S/% K/% Ca/% Mg/% Fe/% Al/% ash/% 灰分去除率/% 花生壳 44.1 5.95 1.20 0.240 1.77 1.50 0.183 0.165 0.175 4.64 去矿花生壳 48.4 5.98 0.730 0.070 0.020 0.319 0.037 0.139 0.055 0.85 81.7 牛粪 37.9 5.63 1.88 0.390 2.43 1.43 0.274 0.204 0.093 15.10 去矿牛粪 47.5 6.10 2.07 0.260 0.105 0.580 0.028 0.066 0.025 2.22 85.3 生物质 顾博文, 等: 生物质内源矿物对热解过程及生物炭稳定性的影响

593 农业环境科学学报 第36 卷第

3 期图1生物质去矿与加矿的热解 (TGA 和DTG) 曲线 Figure

1 TGA and DTG curves of original, demineralized and mineral-added biomass 阶段为有机质主体分解阶段, 致密的纤维素和木质素 碳骨架受热, 向无定形态转化, 并分解产生大量小分 子有机物[16-17] . 从图中 TGA 及DTG 曲线可以看出, 经 过酸洗去矿后,生物质的主体分解温........