生物炭的制备与应用研究

孙晓鹏

（河北农业大学，河北

保定071000）

［摘要］近年来，生物炭得到各界的广泛认识，有关学者对于生物炭的研究越来越多。本文简述生物

炭的原料来源与制备过程，着重对其在各领域的应用做出阐述，并分析生物炭利用中存在的问题，为后续生物炭的研究与利用提供依据。

［关键词］生物炭；制备；应用［中图分类号］TQ127.11

［文献标识码］A

［文章编号］1674-7909（2019）02-115-2生物炭（Biochar）是由生物质在完全或部分缺氧的环同方法得到的生物炭性质存在差异。

境下，通过高温热解产生的物化特性稳定、富含碳素的固态物。当前，国内外对生物炭的研究成为一大热点。全2

生物炭的性质

球对于生物炭的研究源于对亚马逊盆地的黑土［1］的认生物炭主要是由烷基和芳香结构组成，富含大量的识，早期科学家并未对其引起重视。随着环境问题的不碳。不同原料制备的生物炭的钾、钙、镁等元素的含量不断恶化，科学家在研究中发现生物炭在诸多方面的应用同，受温度、pH值等的影响，生物炭中的某些元素含量会都有重要意义。我国最早对生物炭的研究与应用是在纺发生变化。在pH值方面，生物炭通常呈碱性。已有研究织业和污水处理方面。以中国知网为例，自2010起，我显示，在制备生物炭时，热解的温度越高，生物炭的pH值国生物炭的应用领域开始扩宽，相关研究论文数量逐年也会越高［4］，同时，在原料方面，粪便类原料的碱性较高，增加（见图1）。

豆科植物的碱性较高［5］。生物炭具有比表面积大、疏松1900000多孔的性质，在制备过程中控制好温度对于生物炭的比800表面积非常重要。另外，不同的原料也会影响生物炭的量700比表面积［6-7］。生物炭还具有吸附性、酸碱缓冲性等化学数600性质，其阳离子交换量随热解的温度升高而降低。生物文500400炭的O/C比和阳离子交换量等化学性质，对于农业土壤论300改良等发挥着重要作用。

2001003

生物炭的应用02010201120122013201420152016201720183.1

农业领域

年份一方面，富含碳元素的生物炭可作为土壤改良剂，对图1关于生物炭的研究论文统计结果

土壤的理化性质、土壤结构产生影响。生物炭的施用可1生物炭的原料与制备

以增加土壤中有机碳和有机质的含量，同时又因其富含矿质养分而提高土壤吸持水分和养分补给的能力。碱性生物炭的制备原料非常多，如花生壳、玉米芯、玉米的生物炭可替代石灰等物质使用，改良土壤，提高土壤秸秆、甜菜根、稻谷壳和果皮等，都可被用于制备生物pH值；具有吸水能力的生物炭，在提高沙质土的持水量炭。生物炭制备通常使用的方法为高温裂解法和水热碳的同时能有效降低氮素的淋溶，从而提高水分利用化法。其中，高温裂解法即将生物质原料置于缺氧或氧率［8］。生物炭还可以提高地温，改良土壤条件，促进土壤含量极低的环境下，对其有控制地进行高温分解制备得生物、微生物的生存。

到生物炭的方法，其又可分为慢速热解、中速热解和快速另一方面，生物炭对于作物的生长也有影响。许多热解［2］；水热碳化法是一种将生物质置于一定温度的水资料显示，生物炭对于作物生长有促进作用，其与肥料共中，并在一定压力的条件下得到生物炭的一种制备方同使用效果显著。但是，也有资料认为生物炭并不有利法［3］。此外，由于因为材料、热解方式、温度等的不同，不

于作物生长。生物炭对于作物生长的影响不同，是因为

作者简介：孙晓鹏（1997—），男，本科在读，研究方向：农业科技。

XIANGCUNKEJI2019年1月（中）115

XIANGCUN乡KEJI村科技使用的生物炭是由不同原料、不同制备方式产生的，并且5结语

与使用量的不同也有关系。因此，在农业方面对生物炭的使用还需多方面考虑。

生物炭对于当今世界不失为一种重要的资源，其在3.2环境领域

许多方面都发挥着重要的作用。为进一步发挥生物炭的Lehmann［9］认为，使用生物炭可每年减少10亿t温室作用，相关研究者应对生物炭向更深方向进行研究，以发气体。生物炭还田能减少农田温室气体的排放，其固碳挥其更大的应用潜力。

能力强，对于全球碳循环影响极大，生物炭被认为是重要的稳定性碳源。生物炭在土壤污染治理方面发挥着重要参考文献

作用，国内外众多学者致力于研究生物炭对As、Pb、Cd、［1］DavidJ.Tenenbaum.黑色的希望：生物炭［J］.资源与人Zn、Cr等重金属和有机污染物的影响。例如，唐行灿居环境，2010（7）：55-57.

等［10］通过试验发现施用生物炭能使土壤重金属离子钝［2］BridgwaterAV.Reviewoffastpyrolysisofbiomassand化，并且高温裂解的生物炭效果更佳，生物炭表面的多种productupgrading［J］.Biomass&Bioenergy，2012（2）：68-94.

基团能降低土壤的有机物污染程度。利用生物炭的比表［3］SevillaM，FuertesAB.ChemicalandStructuralProper-面积大、孔隙度好、吸附性强的特性，在污水处理、净化以tiesofCarbonaceousProductsObtainedbyHydrothermalCarbon-及工业废气、废水处理等方面有突出贡献，生物炭能有效izationofSaccharides［J］.Chemistry-AEuropeanJournal，2009吸附水中重金属离子［11］，净化水质，吸附工业生产产生的（16）：4195-4203.

污染气体，有效控制污染物排放。

［4］LehmannJ.Bio-EnergyintheBlack［J］.FrontiersinEcol-3.3新能源领域

ogyandtheEnvironment，2007（5）：381-387.

面对当今日益严重的能源危机问题，利用生物质能［5］戴静，刘阳生.生物炭的性质及其在土壤环境中应用的来改善能源结构、减排增能，是能源领域研究的新焦点。研究进展［J］.土壤通报，2013（6）：1520-1525.

生物炭的原料来源为易于获取生物质材料，加之其诸多［6］谢祖彬，刘琦，许燕萍，等.生物炭研究进展及其研究方向［J］.土壤，2011（6）：857-861.

特点，开发利用生物炭符合资源充分利用、节能减排的要［7］ShinogiY，KanriY.Pyrolysisofplant，animalandhuman求。李冲

［12］

在研究生物质能燃料问题时，发现生物炭与

waste：physicalandchemicalcharacterizationofthepyrolytic燃料的混合使用能提高燃料的燃烧效率；沈阳农业大学products［J］.BioresourceTechnology，2003（3）：241-247.

研究的炭化生物煤污染小、热值高，在我国能源市场有巨［8］王燕，庞卓，贾月，等.生物炭对北京郊区砂土持水力和大的应用潜力。我国的年生物质废料量巨大，如何合理氮淋溶特性影响的土柱模拟研究［J］.农业环境科学学报，2017开发利用这一资源，有待专家的深入研究。

（9）：1820-1828.

4

生物炭利用存在的问题

［9］LehmannJ.Ahandfulofcarbon［J］.Nature，2007（7141）：143-144.

虽然生物炭应用领域广、效益高，但仍然存在相关方［10］唐行灿，陈金林，张民.生物炭对铜、铅、镉复合污染土面的问题。不同原料和制备方法得到的生物炭的功效不壤的修复效果［J］.广东农业科学，2014（12）：67-71.

同，针对所面临的问题选择合适的生物炭是合理利用生［11］TomaszewskaM，MoziaS.Removaloforganicmatter物炭的关键。生物炭虽然能修复重金属污染的土壤，但fromwaterbyPAC/UFsystem［J］.WaterResearch，2002（16）：是生物炭吸附、钝化重金属离子后，并未根除土壤中的重4137-4143.

金属，如何将土壤中的生物炭“取出”也是一大难题。此［12］李冲.花生壳生物炭用作高炉喷吹燃料的实验研究外，生物炭对农业生产的利弊还有待研究。

［D］.武汉：武汉科技大学，2018.

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