生物工程论文精选范文：生物炭的理化性质及其在作物生产上的应用

　　生物工程论文精选范文：生物炭的理化性质及其在作物生产上的应用第一章生物炭研究概述1.1生物炭的定义与性质目前为止，生物炭还没有十分确切的定义。一般认为，论文范文生物炭是生物质在供氧不足条件下发生不完全燃烧热裂解后所形成的产物(AntalandGronli，2003)。生物炭与黑碳同属于高温热解而产生的富含碳质且性质稳定的物质，在理化性质与生物学特性等方面具有相似性，但一般认为黑碳（blackcarbon）是由生物质或化石燃料等经不完全燃烧或高温分解所产生的一种非纯净碳颗粒物质（张旭东等，2003），这其中包括如煤炭、焦炭、化石燃料烟炱、石墨碳、火成碳等，（DurenLkametal，2010；Doannetal，2006），通常指由木材、农作物废弃物、植物落叶等生物质或其它生物质废弃物在缺氧和温度低于700℃条件下热解形成的产物（Lehmannetal，2006；Demirbas，2004）。日常生活与工业用途中常见的生物炭包括秸秆炭、木炭、玉米芯炭、竹炭等。（由于研究年代不同，所使用的炭名称不尽一致，为便于评述，本文以下将有关研究中所涉及的符合生物炭范畴的不同命名的炭统称为生物炭）。1.1.2生物炭的性质生物炭主要由芳香烃和单质碳或具有石墨结构的碳组成，一般含有60%以上的C元素，其它元素主要有H、O、N、S等（Goldberg，1985）。SchmidtandNoaek（2000）研究认为，生物炭的元素组成与制炭时的最终炭化温度密切相关，具体体现为随最终炭化温度的升高，所形成的生物炭含碳量增加、氢和氧降低、灰分含量亦有所增加。生物炭的元素组成与制备原材料和生产工艺过程中的温度条件控制等有关。生物炭可溶性极低，溶沸点极高，具有高度羧酸酯化和芳香化结构（arris，2006）。现代科学研究表明，这种黑土壤是2500年甚至6000年以前由生活在亚马逊河流域的先民们制造而成的。一般认为，他们的制造原料包括动物粪便、骨骼和植物废弃物等。但最重要的是森林大火或火耕（Bondetal，2004），古老的刀耕火种式农田开垦或其它原始耕种方式也遗留下来一部分木炭等生物炭。这些生物炭使土壤呈现黑色并随着时间的推移而逐渐累积，使亚马逊河区域土壤成为沃土，显著提升了土壤生产能力。Renner（2007）研究发现，千百年来亚马逊地区原住居民所制造的这种黑土壤，其生物炭含量是周围土壤的70 倍，且远高于其它区域。Steineretal（2007）研究认为亚马逊河流域地区的黑土壤肥力维持了数千年是因为土壤中富含碳元素，而这些碳元素主要由长期累积的生物炭所贡献。这些存在于土壤中的大量生物炭对土壤构成、迁移与性质转化，以至于提升土壤生产性能、提高作物产量等都起到了重要作用。第二章生物炭基本理化性质的研究生物炭尚没有明确的定义，通常指由木材、农作物废弃物、植物落叶等生物质或其它生物质废弃物在缺氧和温度低于700℃条件下热解形成的产物（Lehmannetal，2006；Demirbas，2004），也被认为是黑碳的一种。生物炭涵盖范围广泛，具有原材料广泛、生产制备技术多样、用途广泛等特点。目前有关于生物炭理化性质方面已有大量相关研究报导，但多集中于实验室少量、特定控制条件下的生物炭研究。而有关采用简易、可大规模推广、实际生产应用条件下的生物炭基础性质研究还相对较少。由于生物炭原材料的时间、地点、分子结构以及制备技术过程等差异性，都会直接影响到生物炭的理化性质。因此，关于生物炭的理化性质不能一概而论，对特定生产技术条件下，特定原材料的生物炭要进行相关专门基础性质研究，以便为该生物炭的进一步应用提供借鉴与参考。本文主要以东北地区广泛存在的主要农作物废弃物（玉米秸秆、花生壳、玉米芯、稻秆）为制备原材料，利用专利炭化炉（陈温福，2007），采用亚高温缺氧干馏技术生产制备生物炭作为试验材料。以生物炭微观结构与表面特征、特性为切入点，研究生物炭所具有的基本性能与特征、特性，侧重于研究与生物炭应用相关联的基础理化性质。研究包括生物炭微观结构形貌特征，生物炭孔容、孔径表征，生物炭主要元素组成、基本化学性质、吸附性能等理化性质，明确生物炭的构－效关系及其本身所具有的功能与属性。以实现该生产技术条件下生物炭生产、科学理论与实际应用的紧密结合，为生物炭进一步开发应用提供基础依据。第三章生物炭对不同作物生长发育的影响....................44-653.1材料与方法....................44-473.1.1试验材料与试验设计....................44-463.1.2测定内容与方法....................46-473.2结果与分析....................47-633.5小结....................63-65第四章生物炭对土壤理化性质的影响....................65-75 4.1材料与方法....................65-664.1.1试验材料与试验设计....................654.1.2测定内容与方法....................65-664.2结果与分析....................66-744.2.1生物炭对土壤容重的影响....................664.2.2生物炭对土壤孔隙度的影响....................66-694.2.3生物炭对土壤耕层水分....................69-704.2.4生物炭对土壤pH值的影响....................70-714.2.5生物炭对土壤阳离子交换量的影响....................71-724.2.6生物炭对土壤有效养分的影响....................72-744.3小结....................74-75第五章炭/肥互作对大豆生长发育和产量....................75-925.1材料与方法....................75-775.1.1试验材料与试验设计....................75-765.1.2测定内容与方法....................76-775.2结果与分析....................77-905.3小结....................90-92结论由于本试验制备生物炭属于低温热解，在炭化过程中有一个相对缓慢的热解过程，这一过程可能使得原材料本身不会发生快速热解裂变，从而较为完整的保留了原有生物质的结构。炭化过程使得生物炭表面变得光滑平整，轮廓清晰，部分结构消失。而不同生物质在炭化前后总孔体积均发生明显变化，微孔数量大幅提高，可能与生物质在炭化过程中受到高温影响，原有生物质部分结构挥发消失，孔隙总体缩小以及生物质结构等有关。生物炭的多微孔、较大比表面积等特性为其在农业、环境等领域的广泛应用奠定了良好基础。四种生物炭均含有对作物生长有利的氮、磷、钾、硫等营养元素以及一些矿质元素，固定碳含量大多在60%以上，生物炭之间的元素含量差异不大，其组分含量大小可能与原材料物质组成有关。长远来看，如果将生物炭应用于农业生产，其本身所含有的元素在与土壤中与微生物、水分等交互复杂作用下，可能会有一定程度的释放，从而为土壤与作物补充一定养分，对农业作物生产具有积极意义；生物质炭化后，pH值明显提高，研究发现生物炭表面的-COO-和-O-等有机官能团和生物炭中的碳酸盐是碱的主要存在形态（YuanJH 等，2011）。生物炭这种呈碱性性质，对酸性土壤改良以及喜碱作物的生长都具有积极意义；生物质在炭化后固定碳、灰分含量明显提高，挥发分降低，可能与原材料的结构与组分有关；生物炭本身具有一定的阳离子交换量和碘吸附能力，应用于作用生产对提高土壤阳离子交换量，增强土壤吸附作用具有积极意义。