1 改良土壤
木炭的土地利用是指在土壤中加入木炭颗粒或载有菌体、肥料或与其它材料混配的功能型木炭复合材料。其目的是改良土壤，增加地力，改善植物生境，提高土地生产力及产品品质。应用领域主要是农田、林地和草坪。木炭的特点：黑色，多孔，表面发达，通常比表面积在300～400 m2·g-1，有植物生长所必须的营养成分和微量元素，具有一定强度和较高的生物和化学稳定性。
1.1 土壤改良
填加木炭的土壤，透气、透水、保水功能得到不同程度的改善。据日本肥粮检定协会的报告：加5％的黑炭，土壤的保水率和透水性分别提高14.6％和
88.9％，其对治理土壤板结的效果好于珍珠岩和蛭石。日本政府1986年11月将木炭纳入地力增进法，确定为土壤改良资材。
木炭对施于农田的肥料有吸持和缓释作用，此项技术近年在我国出现并得到推广。在农业生产中，购置化肥的费用对农产品生产成本影响至关重要。例如：在玉米种植成本中，化肥项支出占44％。多数情况下，化肥的利用率只有1/3，其余或滞留于土壤中或流失，三者比例相近。国家环境保护农业废弃物综合利用工程技术中心推广的“炭粉还田防止化肥流失技术”称可减少50％的化肥流失。植物原料在原组织中的K、Na、Ca和各种微量元素，在制炭过程中转入木炭中，当炭被施入土壤中以后，随之也增加了土壤中植物生长所必须的营养物质。木炭多孔，且能富集土壤中的空气、水分、养分，适宜微生物栖息、繁衍。土壤团粒结构增加，作物根系发达，根部CO2增多。福建林学院曾用试验证明炭有很好的固氮作用。试验是在黄沙壤、黑沙壤中加进1％的木炭颗粒、颗粒活性炭、粉状活性炭，1a后，加炭土样中的好气性固氮菌、嫌气性固氮菌数量明显增加。木炭色黑、吸热，散于地表面1L·m-2，地温提高7℃。
木炭多孔，有蓄热作用，对气温骤变所带给作物的伤害有一定的抵御能力；能减少诸如重金属、残留农药等有毒物质对作物的伤害；木炭对一些气体的吸附容量，按木炭容积的倍数计，H4N、H2C1、SO2、H2S、NO2、CO2、02、N、H2、CHC分别为90.0、85.0、65.0、55.0、40.0、35.0、9.3、7.5、5.0、1.8。在木炭土地利用的各方面，日本应用面广，历史较长，经验多，效果显著。在木炭纳人地力增进法前后30a间，耗用木炭已达数十万吨，主要为树皮炭、房屋解体木材烧
制的炭、各种规格炭的炭渣(例如切炭的截头和碎渣)等，不足的部分由南亚、东南亚和我国进口。我国曾收集工业硅、粘胶纤维用炭的筛余部分对日本出口。在农田方面主要是土壤板结治理。在草坪加炭粉，可早发2～3周，草绿色浓，扎根深，绿色延长一个月。在高尔夫球场使用木炭，除具有上述作用外，还可以对所投入的杀菌剂、杀虫剂起到缓释及防止雨后迳流污染等作用。在造林时使用木炭，可以增加成活率，提高林木生长量。日本神奈川在栽植日本杉时加炭粉1kg，第8年试验地树高8m，较对照增高2 m。木炭可用于林地更新、道路林营造和城市绿化。吉林省白城林科院2007年5月7日用木炭改性城市污泥施于沙地杨作追肥，两个月后调查，试验地树高2.80 m，树叶片片浓绿，而对照地树高平均2.75 m，树叶片片枯黄。
1.2 应用
1.2.1 农业方面
“农业炭”(Agrichar)是由“生物炭”(Biochar)演变而来，是指将动物粪肥、稻米谷壳、花生壳、玉米秆、树木废料等农业原料，在无氧环境下低温热解后形成的类似木炭一样的残渣，大约50％的农业原料中的碳保留在其中。作为肥料使用，“农业炭”可以改善土壤地力、稳定性和产出，减少温室气体效应。而在“农业炭”生产过程中产生的二氧化碳，可以转变为洁净的生物能源。
澳大利亚伍伦巴农业研究所的最新研究成果再次证实了“农业炭”技术的巨大潜力。研究人员按每公顷农田施加lO吨“农业炭”的量进行了试验，结果表明，“农业炭”可以使小麦的产量增加3倍，使大豆的产量增加2倍多。同时，他们还单独使用氮肥以及“农业炭”和氮肥并用来进行对比试验，发现产量基本相同。这说明，单独使用“农业炭”就可以起到和使用氮肥一样的增产效果。
“农业炭”还为农民和环境带来另一个好处。澳大利亚伍伦巴农业研究所环境科学家史蒂夫·肯姆伯指出，像农作物残余、地面覆盖物以及混合肥料等形式中的碳在土壤中是不稳定的，在2至3年内就会彻底分解，转化成二氧化碳。而“农业炭”在土壤中很稳定，其中的碳可以保持几百年的时间。这意味着，使用等量的“农业炭”和混合肥料，“农业炭”一次就可以顶上几十年，而混合肥料却要年年使用，这无疑会减少农民的支出。对于环境而言，由于不稳定的、易分解的碳被稳定的“农业炭”代替，土壤释放的二氧化碳量将大大减少。利用生物发电
后剩下的废渣作肥料，可以增加农作物产量，改善土壤的地力，减少温室气体。
日本是以大米为主食的国家，他们首先在稻田中进行了施用木炭的试验。稻田施用木炭后，提高了地温，土质得到改良，空气得到补充，微生物的活性有所提高，水稻的产量也大大提高。平均每个稻穗由未施用木炭的20g增加到28.3g，产量提高了42%。
1.2.2 经济作物方面
旱田中施用木炭适用一些高级蔬菜和水果类。施用木炭后可以提高土壤的保水性、透气性，并补充作物需要的矿物质和微量元素，促进土壤微生物的繁殖，提高作物的产量。如对香瓜的栽培试验，结果瓜秧粗壮，果实甘甜。一个秧结两个果，甜度增加2～3度。除此以外，还进行胡萝卜、白菜、油菜、西红柿、萝卜等的栽培试验，结果证明，施用木炭后都有增加产量、提高质量、减少病虫害的效果。日本岩手县山形村，天然香菇非常丰富。在那里人们利用木炭进行香菇增殖试验，为了利用木炭进行增殖试验，他们在整备后的林内植被上每1Om2做一个试验区，每平方米挖去lOcm表土，填上指头大小的木炭lL，上面再盖上3～5cm 的新土。在红松和杂木混交林内进行0.7hm2的香菇栽培试验，结果比对照区产量增长了20%。
日本在果园中对梨、桔、柿、枇杷、杏、桃、粟子以及苹果、葡萄等果树的栽培，成树的管理都进行了施用木炭和木醋液的试验，均收到了良好的效果。特别在对苹果树苗木栽培、嫁接、树势的恢复及果园管理上效果显著。如长野县果园中木炭施用区比对照区苗木树势旺盛、侧枝多、树干高而粗。并克服了由于化肥和农药带来的弊病。因此，人们期待着木炭和木醋液逐渐代替化肥和农药，在果园中发挥更大的作用。
茶是一种细根、水分含量较多的灌木。在茶园中施用木炭以后，茶树长势良好，立枯病减少，茶叶的无机成分增加，品昧优良，并提高了产量。如日本宫崎县在茶园中旖用木炭和鸡粪(比例为7：3)的混合肥料，结果使茶叶产量提高了5.3％。静岗县茶园每0.1hm2施用木炭200kg，一年后茶叶中的K、Pb和Mn等无机成分明显增加，茶树茎粗叶厚、味道清淡。
1.2.3 娱乐方面
随着人们生活水平的不断提高，高尔夫球运动发展的很快，高尔夫球爱好者
不断增加。高尔夫球场的草坪过去是用农药和挂鸟箱的方法来杀菌和灭虫。而农药的使用对周围环境和对下游水源的污染特别严重。因此，人们开始热衷于无农药草坪高尔夫球场的研究，以木醋液作杀菌灭虫剂，用木炭吸附高尔夫球场排出水中的有害物质，净化水质，收到了良好的效果。
1.2.4 融雪
木炭是一种廉价的融雪剂，根据试验，每平方米雪地撤18g直径为1mm和4mm 混合的木炭粉融雪效果最好。一般比未撒炭区融雪快4～7d，比一般融雪剂快l～3d。木炭作为融雪剂对越冬作物有非常重要的意义。如小麦、大麦、燕麦等越冬作物，由于撒了木炭粉，积雪日缩短、消雪日提前10～14天，产量可以提高1～2成。同时，木炭还能起到稳定土壤pH值，保持土壤缓冲性能和土壤中Ca、Mg、K、NH等离子稳定性，保持土壤营养等作用。
2 畜牧业中的应用
在混合饲料中添加适量木炭用来饲养畜禽类也获得良好的效果。如在鸡饲料中添加木炭粉，可以增加鸡的食欲，防止鸡球虫病的发生，提高蛋壳、蛋黄膜的硬度和蛋的鲜度，并能延长保鲜期。在北海道将木炭添加在牛饲料中进行饲养试验，经过119天的饲养试验，结果表明，试验区每头牛平均增重为213.3kg，对照区则增重176kg。试验区为平均日增重1.78kg，对照区则为1.48kg。另外，木炭和木醋液还广泛用于鸡舍、牛舍的消毒除臭，效果很好。
3 在水产业中的应用
木炭是一种多孔碱性物质，孔隙中可以有大量的微生物生长，这些微生物的作用可以使水质得到净化，易生藻类，适用于各种水产养殖业。如淡水养鱼，在水面投入木粉炭，可以防止沉淀鱼饵的腐败，起到净化水质的作用。在三重县尾鸳市和北海道也进行了海水渔场使用木炭的试验。
4 水果保鲜
水果和蔬菜类的保鲜过去一般采用低温贮藏(5℃)和CA贮藏(利用CO2气保存)这种方法在短时同内可以抑制水果和蔬菜的呼吸作用和乙醛气的生成。但时间一长，CO2浓度过高时就会产生乙醛气体，使水果和蔬菜过熟而腐烂。最近，日本某株式会社研制出一种活性化木炭。这种木炭有粒状和薄膜状两种。用于水果和果菜保鲜不仅对乙烯和乙醛气吸附能力强，有很好的保鲜作用，同时对有害气体，
如次氯乙烯、聚氯乙烯、1.1.2—聚氯乙烷、四氯化碳和恶臭气体氨、聚甲胺、甲硫醇和硫化氢的吸附能力都很好。所以，是一种新型的多功能保鲜材料。特别是薄膜状活性化木炭使用非常方便，可以加工成包装箱，又可以印刷、表面涂层，分层压制成瓦楞形状加工利用。
5 作为工艺材料
作为工艺材料利用的木炭，有装饰用炭和观赏用炭两种。装饰用木炭一般多用备长炭，因为备长炭质地坚硬，且有光泽，作为装饰品非常好看。将木炭镶入白衬壁上造型，即成为根有趣的装饰画。特别用于烧肉店、烧鱼店、兼有装饰和除臭作用。观赏用木炭是一种文化艺术，将树木的叶，如竹、松、柏等，球果，如松塔、橡子、栗子等；还有水果、蔬菜，如柠檬、橙子、柑桔、茄子、西红柿、黄瓜等，用一种特殊的炭化容器烧制，将其原姿烧成各种有观赏价值的花炭。
竹炭是近年来开发的新产品。与木炭相比，竹炭具有特殊的微小构造和较大的比表面积，因而具有较强的吸附能力等优良功能，经过高温活化后，可制成功能更强大的活性炭。竹炭及其相关制品有：竹炭炭片、竹炭筒炭、竹炭颗粒、竹炭粉末、竹碎炭以及用竹炭生产的生活日用品，如竹炭床垫、枕头、枕垫、马甲、腰带、文胸、帽、护腕带、坐垫、靠垫、鞋垫、香皂、沐浴露、洗面奶、洗发精等；用竹炭生产的竹炭工艺品有竹炭画等。
6 水质净化
我国水资源形势比较严峻，水资源短缺已成为制约国民经济和人民生活水平提高的重要因素之一。随着城市化与工业化进程的不断加快，经济建设快速稳定的发展，缺水问题更是日趋严重。而污水再生回用具有开源节流、净化环境、效益稳定、可就近建厂等特点，成为解决水资源紧张的一种较好方法。全国各地近几年也都不同程度的出台了鼓励节约用水和水资源综合利用的地方法规。
6.1 污水净化机理
生物炭滤池对污水的净化机理包括三个方面，一是活性炭颗粒及其表面生长的牛物膜对废水中的悬浮物进行生物絮凝和接触絮凝，从而将其过滤去除；二是活性炭对废水中溶解性有机物的吸附和富集作用；三是活性炭表面及空隙中生长的微生物在较长的有机质停留时间内对降解速度较慢的有机物进行氧化分解，起到对活性炭的生物再生作用。生物炭工艺由于结合了生化再生过程，因此活性炭
的使用周期明显延长，可达2～3年。
利用生物炭的优良特性，结合其他污水处理方法。可以很好的满足工业污水和城市污水的处理要求。
6.2 河流净化
河流的污染主要有矿山、工业、农业、土木和城市污水等。木炭是净化河流，保护环境的好帮手。如日本南浅河(多摩川的支流)，由于污染而成了一条恶臭、蚊虫滋生的臭水沟。人们把2～5cm的碎木炭装在纺织袋中用石头压人河底。几个月后污水渐渐变清，恶臭消失。3年后这条河莺群飞舞，游鱼翩翩，恢复了大自然优美的环境。经水质检验，氨态氮由3.9ppm降为0.17ppm，化学耗氧量由1lppm 降到4.5ppm。
7 其他应用
7.1 文物保护
随着文物预防性保护的理念深入人心，如何控制文物在展出和储存时的微环境质量已经成为国内外关注的焦点。当前文物展柜内环境质量保障系统重点放在湿度、光照等物理性因素，而对空气中悬浮化学物质的控制尚不多。开发能达到文物保存环境空气质量标准的低浓度污染物净化设备是当前文物保护关键技术的重要环节。各种氧化性污染物、酸性污染物对文物的腐蚀较为严重，利用生物炭较强的吸附性能可以吸附这些物质，降低文物的污染和腐蚀。
7.2 无纺面料炭布
此种炭布，主要是指在无纺布里装填进一定量的竹炭颗粒。其制法是用缝合线在纵、横两个方向上将两层无纺布面料缝合，各缝合线均匀分布；各方格单元中装有用无纺布面料作成的小袋，其内包装有一定量的竹炭颗粒，各颗粒直径为1毫米至5毫米。它由两层无纺布经纵横缝合线缝合制成，纵横交错缝合线形成的各方格元，其内装无纺布小袋。各小袋内包装有一定量的竹炭颗粒。这样的无纺面料炭布产品就具有了能脱臭，除湿、防霉和防菌等保健方面的性能。
7.3 制作简易防尘、军事防毒口罩
利用竹炭布可以制作一种简易防尘、军事上能防毒的口罩。其特征是软质泡沫塑料片的两端各有一个挂耳孔，软质泡沫塑料片中部的上端可由折叠线向下折叠，并且中间夹有一个竹炭布包。其优点是，制作成本低，使用方便，洗涤多次
仍可照常使用。它还具有吸尘、吸附异味和有害气体的功能，能起到防尘防毒的作用。
7.4 制作高效空气净化机的过滤装置
高效空气净化机的出风口内有竹炭布过滤装置。这种空气净化机的优点是能够高效除尘、灭菌且能去除高浓度的PPb数量级的有害气体。
四川工业学院学报 Journa l of S ich ua n Uni vers ity o f Sc ience and Tec hnolog y 文章编号:1000-5722(2003)增刊-0145-03 收到日期:2003-03-22 基金项目:中国石油天然气集团公司中青年创新基金项目(部(基)349):四川工业学院人才引进项目(0225964) 作者简介:王周玉(1977-),女,四川省彭州市人,西华大学生物工程系助教,硕士,主要从事高聚物的合成、改性性质及其应用的研究。 可生物降解高分子材料的分类及应用 王周玉,岳 松,蒋珍菊,芮光伟,任川宏 (西华大学生物工程系,四川成都 610039) 摘 要: 本文作者对天然高分子材料、微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料及掺混型高分子材料四类生物降解高分子材料进行了综述,并对可生物降解高分子材料在包装、餐饮业、农业及医药领域的应用作了简要介绍。 关键词: 生物降解;高分子材料;应用 中图分类号:O631.2 文献标识码:B 0前言 塑料是应用最广泛的高分子材料,按体积计算已居世界首位,由于其难以降解,随着用量的与日俱增,废弃塑料所造成的白色污染已成为世界性的公害。意大利、德国、美国等国家已率先以法律形式,规定了必须使用降解性塑料的塑料产品范围;我国目前的塑料生产和使用已跃居世界前列,每年产生几百万吨不可降解的废旧物,严重污染着环境和危害着我们的健康。可见开发可降解高分子材料、寻找新的环境友好高分子材料来代替塑料已是当务之急。 降解高分子材料[1]是指在使用后的特定环境条件下,在一些环境因素如光、氧、风、水、微生物、昆虫以及机械力等因素作用下,使其化学结构能在较短时间内发生明显变化,从而引起物性下降,最终被环境所消纳 的高分子材料。根据降解机理[1,2] 的不同,降解高分子材料可分为光降解高分子材料、生物降解高分子材料、光-生物降解高分子材料、氧化降解高分子材料、复合降解高分子材料等,其中生物降解高分子材料是指在自然界微生物或在人体及动物体内的组织细胞、酶和体液的作用下,使其化学结构发生变化,致使分子量下降及性能发生变化的高分子材料。生物降解高分子材料的应用广泛,在包装、餐饮业、一次性日用杂品、药物缓释体系、医学临床、医疗器材等诸多领域都有广阔的应用前景,所以开发生物降解高分子材料已成为世界范围的研究热点。 1 生物降解高分子材料的分类 根据生物降解高分子材料的降解特性可分为完全 生物降解高分子材料(Biodegradable materials )和生物破坏性高分子材料(或崩坏性,Biodestructible materials );按照其来源的不同主要分为天然高分子材料、微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料和掺混型高分子材料四类。 1.1 天然高分子材料 [3,4] 天然高分子物质如淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、果胶、甲壳素、蛋白质等来源丰富、价格低廉,特别是天然产量居首位的纤维素和甲壳素,年生物合成量超过1010 吨。利用它们制备的生物高分子材料可完全降解、具有良好的生物相容性、安全无毒,由此形成的产品兼具天然再生资源的充分利用和环境治理的双重意义,因而受到各国的重视,特别是日本。如日本四国工业技术实验所用纤维素和从甲壳素制得的脱乙酰壳聚糖复合,采用流延工艺制成的薄膜,具有与通用薄膜同样的强度,并可在2个月后完全降解;他们还对壳聚糖—淀料复合高分子材料进行了大量的研究工作,发现调节原料的比例、热处理温度,可改变高分子材料的强度和降解时间。 天然高分子材料虽然具有价格低廉、完全降解等诸多优点,但是它的热力学性能较差,不能满足工程高分子材料加工的性能要求,因此对天然高分子进行化学修饰、天然高分子之间的共混及天然高分子与合成高分子共混以制得具有良好降解性、实用性的生物降解高分子材料是目前研究的一个主要方向。1.2 微生物合成高分子材料[3,4,5] 微生物合成高分子材料是由生物通过各种碳源发
［收稿日期］2010－12－06；修回日期2010－12－13 ［作者简介］陈温福（1955—），男，辽宁法库县人，中国工程院院士，沈阳农业大学教授，博士生导师，从事稻作科学研究和生物炭技术开发与 应用研究；E －mail ：wfchen5512@yahoo．com．cn 生物炭应用技术研究 陈温福，张伟明，孟 军，徐正进 （辽宁生物炭工程技术研究中心，沈阳110866） ［摘要］对生物炭研究历史、现状、存在的问题及产业化前景进行了综合分析与评述，重点阐述了生物炭在能源、 环境、农业等领域的应用价值与重要作用。认为生物炭在应对气候与环境变化、固碳减排、保障能源安全和粮食安全等方面都具有重要应用价值和现实意义。文章提出了以农林废弃物资源化利用为基础的生物炭研究发展方向、建议和产业化开发与应用的技术途径。为推动生物炭工程技术创新与产业化发展提供参考依据。 ［关键词］生物炭；气候变化；能源替代 ［中图分类号］TK6［文献标识码］A ［文章编号］1009－1742（2011）02－0083－07 1前言生物质炭化技术是公认的解决气候变化问题的 可行技术措施之一，具有原材料来源广泛、生产成本低、 生态安全、无污染、可大面积推广等显著特点。生物质炭化后产生的生物炭应用于生态与环境领域，可以固碳减排，是一种有效的“碳汇”技术，与农、林业相结合，可解决农林废弃物污染与温室气体排放问题。生物炭施入农田，可有效改善土壤理化性质，增加作物产量，促进农业可持续发展。应用于能源领域，可成为替代煤、石油、天然气的清洁能源。生物炭进一步加工成活性炭，可用于重金属污染吸 附、 水质净化等。生物炭的综合利用在很大程度上可以解决可持续发展、节能降耗、环境保护与治理等领域面临的复杂问题，有助于构建低碳高效经济发展模式，对保障国家环境、能源、粮食安全意义重大。适逢国家推出战略性新兴产业发展规划，笔者针对现阶段生物炭在农业、环境、能源等领域的应用研究与开发进展作简要的综述，以期为促进生物炭产业的快速发展提供参考。 2生物炭应用技术研究概述 到目前为止，“生物炭”还没有十分确切的定 义。但广义上可以认为是黑碳的一种，通常是指以 自然界广泛存在的生物质资源为基础， 利用特定的炭化技术，由生物质在缺氧条件下不完全燃烧所产生的炭质。国外将其定义为biochar ［1］ ， 一般指生物质如木材、农作物废弃物、植物组织或动物骨骼等在缺氧和相对温度“较低” （＜700?）条件下热解而形成的产物［1，2］ 。常见的生物炭包括木炭、竹炭、秸 秆炭、稻壳炭等。它们主要由芳香烃和单质碳或具有石墨结构的碳组成， 含有60%以上的碳元素，还包括H 、 O 、N 、S 及少量的微量元素［3］。生物炭可溶性极低，具有高度羧酸酯化和芳香化结构［4，5］ ，拥有 较大的孔隙度和比表面积［6］ 。这些基本性质使其具备了吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力强的特性，可广泛应用于农业、工业、能源、环境等领域。图1为生物炭微观结构，采用“颗粒炭化炉”生产新工艺制备的生物炭保留了完整的孔隙结构。炭的制备是人类在长期生产实践中摸索出来的一项古老的实用技术，历史悠久，应用广泛。最常见的制炭方法是将杂草、秸秆、枯枝、落叶等堆积起来， 3 82011年第13卷第2期
课程名称：化学前沿 题目：生物炭在农业中的运用学院：化学与化工学院 年级： 专业： 班级： 学号： 姓名： 教师：
目录 摘要 (3) 关键词 (3) Abstract. (3) Key words (3) 前言 (3) 1、生物炭的生产原料 (4) 2、生物炭的生产过程及其理化特性 (4) 3、生物炭对土壤的作用机理。 (5) 3． 1 生物炭对土壤物理性质的影响 (5) 3． 1． 1 生物炭对土壤容重的影响 (5) 3． 1． 2 生物炭对土壤孔隙度的影响 (6) 3． 1． 3 生物炭对土壤水分的影响 (6) 3． 2 生物炭对土壤化学性质的影响 (7) 3． 2． 1 生物炭对土壤pH 的影响 (7) 3． 2． 2 生物炭对土壤阳离子交换量的影响 (8) 4、生物炭对土壤污染物环境风险的消减作用 (9) 4.1生物炭对土壤中N、P的持留 (9) 4.2生物炭对土壤中重金属的吸附和固持 (9) 5、生物炭在农业上应用的模式 (10) 5.1炭基有机肥模式 (10) 5.2炭基有机-无机复混肥模式 (10) 5.3改良土壤的模式 (11) 5.4土壤重金属污染治理的模式 (12) 6、生物炭在农业生产上的应用价值分析 (13) 7、发展与展望 (13) 8、参考文献。 (14)
生物炭在农业中的运用 摘要 生物炭(Biochar)是在限氧或隔绝氧的环境条件下，通过高温裂解，将小薪柴、农作物秸秆、杂草等生物质经炭化而形成的，是一种碳含量极其丰富的炭。这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的炭被科学家们称为“生物炭”。生物炭作为土壤改良剂、肥料缓释载体及碳封存剂备等运用越来越广。其农用的效益是多元化的，将生物炭农用已作为当前农业的重要课题。 关键词：生物炭、性质特点、农业、改良、应用现状、发展前景 Abstract: Biochar is an insoluble solid matter with high aromatization produced by biomass pyrolysis in completely or partially hypoxic conditions. In recent years，biochar is widely used in agriculture as a soil amendment and controlle release carrier for fertilizers. In order to boost the study and utilization of biochar in agriculture，this study summarized the factors that affect properties of biochar and its effects on soil physical and chemical properties，amount of microorganisms in soil，and growth and yields of crops. The fu-ture research issues were also suggested.Biochar has showed important roles in controlling non-point source pollution, improving soil quality, increasing soil production, alleviating climate changes, and maintaining agro-ecosystem sta-bility. The prospect of biochar industrialization and development in China was also proposed. Keywords:Biochar;Character;Agriculture;Improvement;Application status;Development prospect 前言 作为农业大国的中国，年产作物秸秆8×108 t以上[1]，而以作物秸秆为主的广泛存在的生物质Cbiomass)是制备生物质炭(biochar)的主要原料。生物质炭是由生物质在完全或部分缺氧的条件下经热裂解、炭化产生的一类高度芳香
作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(8): 1445?1451 https://www.doczj.com/doc/1719192066.html,/zwxb/ ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@https://www.doczj.com/doc/1719192066.html, 本研究由国家自然科学基金项目(31101105), 院士专项基金和辽宁工程技术研究计划基金项目(2011402021)资助。 * 通讯作者(Corresponding author): 陈温福, E-mail: wfchen5512@https://www.doczj.com/doc/1719192066.html, Received(收稿日期): 2012-11-06; Accepted(接受日期): 2013-04-22; Published online(网络出版日期): 2013-01-04. URL: https://www.doczj.com/doc/1719192066.html,/kcms/detail/11.1809.S.20130104.1734.005.html DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.01445 生物炭对水稻根系形态与生理特性及产量的影响 张伟明 孟 军 王嘉宇 范淑秀 陈温福* 沈阳农业大学 / 辽宁省生物炭工程技术研究中心, 辽宁沈阳110866 摘 要: 为明确生物炭对水稻根系与产量的效应, 探明生物炭在水稻生产上应用的潜力与价值。采用盆栽试验研究了生物炭对超级粳稻不同生育期根系生长、形态特征及生理特性的影响。结果表明, 土壤中施入生物炭能增加水稻生育前期根系的主根长、根体积和根鲜重, 提高水稻根系总吸收面积和活跃吸收面积。在水稻生育后期, 生物炭在一定程度上延缓了根系衰老。根系伤流速率与根系活力在整个生育期内均高于对照, 同时维持了较为适宜的根冠比, 根系生理功能增强; 生物炭处理的水稻产量增加, 表现为每穴穗数、每穗粒数、结实率提高, 比对照平均增产25.28%。以每千克干土加20 g 生物炭处理的产量最高, 比对照提高了33.21%。生物炭处理对水稻根系形态特征的优化与生理功能的增强具有一定的促进作用。 关键词: 生物炭; 水稻; 根系性状; 产量 Effect of Biochar on Root Morphological and Physiological Characteristics and Yield in Rice ZHANG Wei-Ming, MENG Jun, WANG Jia-Yu, FAN Shu-Xiu, and CHEN Wen-Fu * Shenyang Agricultural University, Biochar Engineering Technology Research Center of Liaoning Province, Shenyang 110866, China Abstract: A pot experiment was conducted to clarify the effects of biochar on roots and yield of super japonica rice and the ap-plicable value of biochar in rice production. In early growing stage, biochar application increased the main root length and volume and fresh weight of roots, leading to enlarged root total absorption area and active absorption area. In late growing stage, biochar application delayed root senescence in some extents and maintained relatively high activity of rice roots. Compared to the control, biochar treatments showed higher root physiological activity, which resulted in increased bleeding rate and root activity in the whole growing period. The average yield of biochar treatments was 25.28% higher than that of the control, due to improved pani-cle number per hill, grain number per panicle, and seed-setting rate. The optimal amount of biochar application was 20 g in one kilogram of dry soil, which produced the highest yield with 33.21% increase over the control. Therefore, biochar is favorable to optimize root morphology and physiological characteristics in rice. Keywords: Biochar; Rice; Root traits; Yield 生物炭(Biochar), 通常是指以自然界广泛存在的生物质资源为基础, 利用特定的炭化技术, 由生物质在缺氧条件下不完全燃烧所产生的富碳产 物[1]。常见的生物炭有秸秆炭、木炭、花生壳炭等。生物炭可溶性极低, 具有高度羧酸酯化和芳香化结构[2-3], 生物质在炭化后具有较大的孔隙度和比表面积[2], 吸附能力强, 成为可应用于农业、工业等领域的一种理想材料。 近年来, 生物炭受到农业、环境、能源等领域 专家们的广泛关注, 被誉为“黑色黄金”。国内外相关研究结果表明, 生物炭施入农田土壤后可改变土壤理化性质, 对提高肥料利用效率, 增加作物产量, 促进农业可持续发展等都具有重要作用[4-10]。来自巴西亚马逊河地区的田间试验表明, 在土壤中施入生物炭(以11 t hm ?2标准), 2年4个生长季后水稻和高粱产量累积增加了约75% [8]。而在热带与亚热带地区施用生物炭发现, 除了可使大豆、玉米等作物增产外, 植株中的镁、钙含量也明显增加[11]。生物炭
生物炭及其复合材料的制备与应用研究进展 摘要：随着现代工农业生产的迅速发展，每年都有大量的重金属通过金属矿山 开采及冶炼、化工废水、化肥农药和生活垃圾等方式进入水体，导致水体重金属 污染日益严重。此类污染物在水体中具有很强的毒性和不可降解性，还会通过生 物链的累积放大其危害性，不仅破坏了生态系统，而且严重威胁到人体健康。因此，如何采取科学有效的方法处理重金属污染废水已经迫在眉睫，同时重金属水 体污染防治已成为当今环境领域的研究热点之一。 关键词：生物炭；复合材料；污染物 生物炭--般是指生物质原材料在厌氧或缺氧的条件下，经一定的温度(<700 oC)热解产生的含碳量高、具有较大比表面积的固体生物燃料，也称为生物质炭。常 见的生物炭包括木炭、稻壳炭、秸秆炭和竹炭等。它们主要由芳香烃和单质碳或 具有石墨结构的碳组成，除了C元素，还包括H、0、N、S以及少量的微量元素。虽然生物炭的性质受制备条件的影响较大，但总体来说，生物炭比表面积大、容 重小、稳定性高、吸附能力强被广泛应用于生态修复、农业和环保领域。 一、生物炭 在传统农业阶段，农作物的废弃物一般是以焚烧还田的方式进行处理，人们 通常采用将土覆盖在点燃的生物质上的方法实现在缺氧条件下的无烟燃烧，燃烧 后的生物炭留在土壤中，可改良土壤并提高土壤肥力。随着技术的发展，目前生 物炭的制备多在窑炉中进行，提高了效率，但基本原理与传统农业手段是相同的。目前制备生物炭常用的方法是热裂解法，即限氧升温炭化法。根据不同的反应条 件可以将热裂解法分为两种：一是快速裂解法，反应温度一般在700℃以上，生 物燃料的制备通常采用这种方法；另一种是常规裂解法，温度一般在700℃以下，生物炭主要用这种方法制备而成。研究表明，生物质原材料的种类会对生物炭的 性质(空间结构和性状)产生影响。在相同裂解条件下，不同生物质材料来源的生 物炭不仅稳定性不同，对污染物的吸附能力、对土壤理化性质的影响亦不同。生 物质来源对生物炭性能的影响，原材料中木质素含量越高，制备的生物炭材料中 芳香含量和C：N比例越高，与此同时生物炭的矿化度越低。除了生物质原材料 种类，裂解温度也是生物炭制备过程中一个非常关键的因素，它不仅能够影响生 物炭的产率，还可以控制生物炭的表面结构和吸附性质。生物炭在环保领域的应 用已经引起了国内外学者的普遍关注，然而因其具有高温裂解过程中损失部分离 子官能团、吸附后固液分离难的不足，已经有学者开始研究将生物炭与其他材料 复合，改善生物炭的物理和化学性质，加强其吸附能力。生物炭复合材料的制备 通常是在生物质原材料中添加其他材料，再通过高温裂解制备成复合材料。 二、物炭复合材料制备 生物炭复合材料是以生物炭为主，通过物理、化学等方法对生物炭进行修饰 改性或者负载一些无机或有机物，从而提高其吸附性能的复合材料。一般而言， 生物炭复合材料的吸附能力比生物炭强，主要是由于生物炭被改性修饰或者负载后，生物炭复合材料的比表面积、微孔结构以及吸附位点发生了变化，除此之外，改性剂和负载物本身也会影响生物炭复合材料的吸附性能。 由于生物炭颗粒较小，很难从溶液中分离出来，容易造成二次污染，而且也 不利于生物炭的再生和重复利用，所以部分研究者通过磁性剂磁化生物炭。目前，主要运用的赋磁剂有金属单质(Fe、Co、Ni)、金属氧化物(Fe。04、7-Fe203、 C0304)和铁氧体(CoFe204、MgFe204)等。Wang等[363利用共沉淀法制备出生物
董智伟等 热解污泥生物炭化学组成及环境效应研究进展 热解污泥生物炭化学组成及环境效应 研究进展* 第一作者：董智伟，男，1993年生，硕士研究生，研究方向为生物质资源化利用」通讯作者# *国家自然科学基金资助项目（No.41763016）；昆明理工大学分析测试基金资助项目（No.2017T20130171） # 董智伟左宁王彦周昱伟陈芳媛$ （昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明650500） 摘要 污泥是生物法处理市政污水、工业废水产生的副产物，产量大，且处理不当会造成生态污染。用污泥制备污泥生物炭" 既能实现污泥资源化利用又能减少环境污染。对目前热解污泥生物炭制备和施用过程中产生的环境效应进行综述，着重讨论了热 解污泥制备污泥生物炭过程中的元素（碳、氢、氧、氮、硫等）转化、污泥生物炭中重金属形态、吸附性质及土壤施用情况#系统地分析 污泥生物炭从制备到施用过程的环境效应，有利于对其实际应用进行全面的环境风险评估# 关键词污泥生物炭热解元素转化环境效应 DOI ： 10.15985/https://www.doczj.com/doc/1719192066.html,ki. 1001-3865.2019.04.021 Research progress in chemical p roperties and environmental effects of pyrolysis sludge biochar DONG Zhixvei , ZUO Ning -, WANG Yan , ZHOU Yuzvei , CHEN Fangyuan . ( Faculty of Environmental Science and Engineering , Kunming University of Science and Technology ■, Kunming Yunnan 650500)Abstract : Sludge is by-product of biological process in the treatment of municipal sewage and industrial wastewater. It has a huge production and may cause ecological po l ution if improperly treated. Preparation of biochar with sludge may realize both resource utilization and po l ution reduction of the sludge. The environmental e f ects in thesludge biochar preparation and application process werereviewed.Thetransformation ofelements (carbon , hydrogen , oxygen , nitrogen , sulfur , etc. 5 and heavy metal species , adsorption property and applied conditions of sludge biochar were discussed. The systematical analysis of the environmental effect of pyrolysis sludge biochar from preparation to application was helpful to its comprehensive environmental risk evaluation. Keywords : sludge biochar ； pyrolysis ； element conversion ； environmental effect 近年来，生物炭由于其特殊的、多元的功能和价 值得到越来越多学者的关注#生物炭是生物质在完 全或部分缺氧状态下热解产生的一类难溶、稳定、含 碳量高的高度芳香化固态物质，其元素组成主要包 括碳、氢、氧、氮、硫、磷、钾、钙、硅等。主要元素碳质 量分数为66.6% #87.9%，氢质量分数为1.2%? 2.9%，氧质量分数为10.6%#26.6%。从化学构成 来看，生物炭主要由烷基和芳香结构组成，同时还包 含有羧酸及其衍生物、酚类、烯烃及其衍生物等。从 微观结构上看，生物炭多由紧密堆积、高度扭曲的芳 香环片组成，表面孔隙多，比表面积较大。多孔特征 促进了生物炭对有机物和重金属的吸附去除，施加 到土壤中可以为微生物生存提供附着位点和较大空 间，提高土壤水分和通气性，调节土壤微环境[12] # 因此，生物炭在环境修复和土壤改良等方面都拥有 巨大的应用潜力 污泥是污水处理厂的主要副产物。据估计, 2015 年中国污水处理厂产生了 34000000t 污泥 （含水量80%左右）56*。随着城镇化进程加快，污 水处理厂的进一步普及，污泥产量还将不断提高。 同时，污泥含重金属、有机物、病原体等各种污染物, 处理不当将会造成严重的环境问题7。热解是一项 应用较广的固废处理技术，热解污泥能够减少污泥 体积，杀死病原体，分解有机物，有利于污泥资源化 利用8。热解的基本过程是污泥在相对低温（通常 小于700 °C ）和无氧条件下加热，最终产生生物气、 生物油和生物炭产品。生物气和生物油可以用作生 物能源，生物炭可以回收利用。污泥中有机质含量达60%以上，具有较高的 碳、氮、硫含量。热解过程中，这些元素转化的CO ” HCN'H ^S 等气体排放到环境中，会造成大气污染。 同时，污泥相对其他生物质具有高含量重金属。热 解后，大量重金属将残留在污泥生物炭中，施加到土 壤后会影响农作物的生长。因此，了解污泥生物炭? 479 ?
1 改良土壤 木炭的土地利用是指在土壤中加入木炭颗粒或载有菌体、肥料或与其它材料混配的功能型木炭复合材料。其目的是改良土壤，增加地力，改善植物生境，提高土地生产力及产品品质。应用领域主要是农田、林地和草坪。木炭的特点：黑色，多孔，表面发达，通常比表面积在300～400 m2·g-1，有植物生长所必须的营养成分和微量元素，具有一定强度和较高的生物和化学稳定性。 1.1 土壤改良 填加木炭的土壤，透气、透水、保水功能得到不同程度的改善。据日本肥粮检定协会的报告：加5％的黑炭，土壤的保水率和透水性分别提高14.6％和 88.9％，其对治理土壤板结的效果好于珍珠岩和蛭石。日本政府1986年11月将木炭纳入地力增进法，确定为土壤改良资材。 木炭对施于农田的肥料有吸持和缓释作用，此项技术近年在我国出现并得到推广。在农业生产中，购置化肥的费用对农产品生产成本影响至关重要。例如：在玉米种植成本中，化肥项支出占44％。多数情况下，化肥的利用率只有1/3，其余或滞留于土壤中或流失，三者比例相近。国家环境保护农业废弃物综合利用工程技术中心推广的“炭粉还田防止化肥流失技术”称可减少50％的化肥流失。植物原料在原组织中的K、Na、Ca和各种微量元素，在制炭过程中转入木炭中，当炭被施入土壤中以后，随之也增加了土壤中植物生长所必须的营养物质。木炭多孔，且能富集土壤中的空气、水分、养分，适宜微生物栖息、繁衍。土壤团粒结构增加，作物根系发达，根部CO2增多。福建林学院曾用试验证明炭有很好的固氮作用。试验是在黄沙壤、黑沙壤中加进1％的木炭颗粒、颗粒活性炭、粉状活性炭，1a后，加炭土样中的好气性固氮菌、嫌气性固氮菌数量明显增加。木炭色黑、吸热，散于地表面1L·m-2，地温提高7℃。 木炭多孔，有蓄热作用，对气温骤变所带给作物的伤害有一定的抵御能力；能减少诸如重金属、残留农药等有毒物质对作物的伤害；木炭对一些气体的吸附容量，按木炭容积的倍数计，H4N、H2C1、SO2、H2S、NO2、CO2、02、N、H2、CHC分别为90.0、85.0、65.0、55.0、40.0、35.0、9.3、7.5、5.0、1.8。在木炭土地利用的各方面，日本应用面广，历史较长，经验多，效果显著。在木炭纳人地力增进法前后30a间，耗用木炭已达数十万吨，主要为树皮炭、房屋解体木材烧
任务1-3 生物炭生产与农用的意义及国内外动态近年来，biochar一词不断地出现在科学期刊及媒体中，Biochar 是bio-charcoal的缩写，是指生物有机材料（生物质）在缺氧及低氧环境中经热裂解后的固体产物，大多为粉状颗粒，2007年在澳大利亚第一届国际生物炭会议上取得的统一命名，主要施用于农林业土壤。国内将biochar译为生物炭、生物质炭、生物质焦，为简便起见，本文-称之为“生物炭”。生物炭是粉状颗粒化的木炭，是活性炭的生产原料之一，在性质和特征上三者具有相似性，均属于黑炭（black carbon），黑炭涵盖了生物质略微炭化到燃烧后黑烟颗粒的炭化物质，包括自然野火或人为烧荒燃烧植物、化石燃料不完全燃烧形成的碳物质，黑炭对全球碳循环起着较大的作用。 实践任务 任务要求 1.了解生物炭与碳减排过程 2.理解生物炭的一举多赢战略 3.掌握生物炭生产与原料 4.了解生物炭国内外研究动态与方向 任务实施 目前全球对生物炭的科学研究重视源于对亚马逊盆地中部黑土（Terra Preta de Indio）的认识，在哥伦布进入南美大陆之前，南美洲土著人就用木炭作为改良当地高风化淋溶土壤的主要材料，这种黑土至今是全球最肥沃的土壤之一。然而，在20世纪80年代以前，
全球关于生物炭的科学研究论文仅有寥寥数篇，也尚未充分认识到生物炭的重要性。20世纪80年代，虽然日本人用生物炭作为盆景植物土壤的改良剂及作为生物菌肥的载体，并有研究论文发表。但是全球真正科学认识生物炭开始于20世纪90年代中期。为了应对气候变暖，在寻求更有效降低大气二氧化碳浓度及化石燃料碳排放的技术过程中，科学家从Terra Preta研究中认识到了生物炭作为二氧化碳俘获和碳封存剂的重要性，从此有关生物炭改良土壤及改善肥料性能及效益的研究日益增多，全球关于生物炭的期刊科研论文数从2000年的2篇左右上升到2009年约80篇以上，且仍呈增长趋势。在google 搜索引擎上以biochar关键词搜索（截止2010年10月31日）可搜到约15.1万条结果。“生物炭”搜索到211万条结果，这充分说明生物炭成为全球科学研究和媒体关注的焦点。 一、生物炭与碳减排 众所周知，现有的化石能源利用过程是一个碳排放过程，全球每年因化石能源利用而排放的二氧化碳相当于60多亿t碳，二氧化碳
绿色润滑剂的生物降解性及特点 叶斌,陶德华 (上海大学机械电子工程与自动化学院,上海200072) 摘 要:阐述了绿色友好润滑剂的生物降解性和摩擦化学特点,提出了绿色润滑剂在发展过程中存在的主要问题,并对未来的发展趋势进行了预测。 关键词:绿色润滑剂;生物降解性;机理;基础油;合成酯;添加剂 中图分类号:TE626.3 文献标识码:A 文章编号:100023738(2002)1120021203 Development and Characteristics of G reen Lubricants YE Bin,TAO De2hua (Shanghai University,Shanghai200072,China) Abstract:Characteristics and biodegradability of green lubricants are reviewed.The main problems during devel2 oping process of environmentally friendly lubricants are put forward and the future development trends are predicted. K ey w ords:green lubricants;biodegradability;mechanism;base oil;synthetic ester;additives 1 引 言 随着经济的发展,环境保护已成为全世界的共识。矿物基润滑剂产品由于生物降解性能差,正面临着环境要求的严峻挑战。发展绿色润滑剂成为上个世纪90年代以来润滑剂领域新的发展课题。 绿色润滑剂是指润滑剂必须满足对象的工况要求;润滑剂及其耗损产物对生态环境不造成危害,或在一定程度上为环境所容许。绿色润滑剂又称为环境友好润滑剂(主要包括合成酯和天然植物油),其研究、开发的目的是满足可持续发展的要求,不仅具有普通矿物基润滑剂的性能,而且具有易生物降解性和无生物毒性或对环境毒性最小[1]。现代润滑剂大都由86%以上的基础油,再加上各种添加剂组成。随着对环保的重视和对植物油改性的开发,世界上各大石油公司都已经着手研制开发环境友好型绿色润滑剂以取代传统的矿物基润滑剂[2]。绿色润滑剂在世界范围内的需求量呈逐年上升趋势。我国矿物基润滑剂引起的环境污染同样严重,已引起有关部门和专家的重视,对绿色润滑剂的研究和开发已迫在眉睫[3]。基础油无疑是润滑剂影响环境或 收稿日期:2001211222;修订日期:2001212221 作者简介:叶斌(1967-),男,山东聊城人,上海大学博士生。 导师:陶德华教授生态的决定性因素,本工作主要探讨绿色润滑剂基础油的生物降解性和摩擦润滑化学特性。 2 润滑剂的生物降解机理 润滑剂的生物降解率是指该润滑剂能被自然界存在的微生物消化代谢分解为二氧化碳、水或组织中间体的能力,并以一定条件下、一定时间内润滑剂被微生物降解百分率来衡量。润滑剂的生物降解性即润滑剂受生物作用分解化合物的能力。润滑剂在生物降解过中,总要伴随一些现象产生,如物质的损失、二氧化碳和水的形成、氧气的耗用、热量发生和微生物的增加等。润滑剂发生生物降解有三个必要条件:其一要有大量的细菌群;其二要有充足的氧气;其三要有合适的环境温度。 不同类型的润滑剂有着不同的生物降解过程,目前公认的生物降解过程有三种,即酯的水解、长链碳氢化合物的氧化和芳烃的氧化开环。三种生化降解历程的活化能不同,因此不同类型润滑剂的生物降解性也不同。另外,对同一类型的润滑剂来说,由于其结构不同,经受水解、β氧化和芳烃氧化时的难易程度也不同,因此生物降解性也有很大差异。2.1 合成酯类 酯类化合物在微生物的作用下,首先水解成有机酸和醇,在酶的作用下,通过脂肪酸循环,进一步裂解生成醋酸,再通过柠檬酸循环降解成CO2和 第26卷第11期2002年11月 机 械 工 程 材 料 Materials for Mechanical Engineering Vol.26 No.11 Nov.2002
1.生物炭的应用领域 (1)生物炭的环境效应 随着低碳经济和可持续发展理念的提出和实施，气候变化问题不容小觑，而COZ等气体的排放所造成的温室效应也成为全世界的环境难题。制备生物炭的生物质来源广泛，易集中处理，低污染，可再生，应用潜力巨大。Lehmann曾指出，植物光合作用吸收的CO2会转变为碳水化合物来储存，经过热解处理后得到的生物炭再重新施与土壤中会起到固碳的作用，这种循环可以称为一个净的“负碳”过程，可以有效缓解全球气候变暖问题[34] 除此以外，生物炭因其自身的特殊性能还常常被用于水质净化，污水处理，废气处理等环境领域。如生物炭常被用于脱硝脱硫工艺中，通过吸附作用有效去除二氧化硫及氮氧化物等污染物。 (2>生物炭的农业效应 己有研究发现，农林业废弃物通过热解炭化制备成生物炭并以土壤改良剂的形式重新施与土壤，可以起到改善土壤环境，增加土壤肥效，提高农作物产量，并修复土壤的效果，若能运用于实际中，能极大的促进土壤的可持续利用和农业的绿色发展。 生物炭含有丰富的矿质元素，施加到土壤中可提高土壤中P, K, N, Mg, Ca, N等元素的含量，尤其是畜禽粪便生物炭对贫瘩土壤的养分补充效果非常明显。生物炭的石灰当量值较大，因此施与土壤中能与石灰有同样的作用，通过提高土壤碱基饱和来降低可交换铝水平，而酸性土壤的pH值也可以通过生物炭对土壤质子的消耗作用来完成[35-37]，进而改良酸性土壤养分的有效性。生物炭自身的高碳含量，不但可以增加土壤中的有机碳，还可以一定程度的提高土壤中有机质的含量，外加它本身就具有一定的吸水能力，因此，能大幅度的提升和改善土壤整体的养分吸持容量和持水能力。在土壤保肥方面，生物炭因其自身的特殊性质具有较高的吸附能力，阳离子交换量(CEC)和化学反应性，因此，常起到肥料缓释载体的作用，通过延迟和缓冲土壤中肥料的释放来提高其利用率[[38,39]。同时，生物炭的水肥吸附作用及孔隙结构能有效的改善土壤微生物环境， 为有益微生物的生存提供良好的栖息环境，促进其种群的繁硝和活性的保持[40-42] (3)生物炭的能源效应 化石能源作为人类文明进步和社会发展所依赖的主要能源结构，因为不可持续性和人类的巨大消耗使其逐渐走向枯竭。能源危机也因此成为全球高速发展的限制性因素，如何探索和发现新型替代能源己是燃眉之急[43]。生物炭作为一种可再生碳源，燃烧性能好，热值高，清洁，无污染，因而具有极大的开发潜力。我国每年秸秆产量有七亿吨，制成生物炭具有的热值高达2.25亿吨，价值折合Ig00亿元人民币，可填补我国燃煤缺口的一半以上，可应用于农村分散供热，供暖以及城市集中供暖，发电等，有效调整我国能源结构，为绿色可持续发展提供新型起步点和着眼点。除此以外，生物炭制备过程中获得的混合气和生物油以蒸汽催化的方式进行重新整合收集后可得氢气副产品，作为一种新原料和能源被用于合成氨等其它方面与领域[44]。而生物油也可升级加工为工业化学品，和化学还可进一步精炼得到生物柴油燃料。因此，生物炭制备过程中所产生的生物能源品可在一定程度上缓解化石能源的压力，并 从总量上减小了化石原料的碳排放量。L (1)在污水处理中的应用 生物炭的多孔结构及高比表面积使其与活性炭类似，可以用于环境中的污染物的吸附剂(Beesley L, et al., 2010; Beesley L, et al., 2011; Chen X, et al.,2011; Ippolito J A, et al. , 2012a)。目前，己有很多研究使用废弃物制成的生物炭来去除水中的污染物，并且对多种污染物都有显着的吸附效果(Cao X D, et al.,2009; Chen X, et al.，2011;Dong X, et al.，2011;Ippolito J A, et al.，2012a;Qiu Y, et al. , 2008 ; Uchimiya M, et al. , 2010)。生物炭在污水处理方面的应用主要包含两个方面，即有机污染治理和无机污染治理。有机污染物主要包括染料、酚醛树脂、农药、芳烃以及抗生素等，无机污染物主要包括阳离子和阴离子。Chen等(Chen X, et al. , 2011)报道了由硬木和玉米秸秆制备的生物炭对Cu和Zn有很强的吸附性，分别高达12.5和11.0 mg/g o Klasson等使用杏仁壳生物炭吸附水中的二嗅氯，其比表面积可达到344 m2/g，最大吸附量为102 mg/g(Klasson K T,et al. , 2013) o Cao等(Cao X D, et al., 2009)研究表明在
生物炭在农田土壤修复方面的应用 河北师大化学与材料科学学院农业项目组盛建维 一、生物炭概述 生物炭是生物有机材料（生物质）在缺氧或绝氧环境中，经低温热裂解后生成的固态产物。既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等，可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案，属于秸秆废弃资源高值化利用的范畴。 生物炭不是一般的木炭，是一种碳含量极其丰富的木炭。它是在低氧环境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其它农作物废物碳化。这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被科学家们称为“生物炭”。它的理论基础是：生物质，不论是植物还是动物，在没有氧气的情况下燃烧，都可以形成木炭。 生物炭是一种经过高温裂解“加工”过的生物质。裂解过程不仅可以产生用于能源生产的气体，还有碳的一种稳定形式——木炭，木炭被埋入地下，整个过程为“碳负性”（carbon negative）。生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。事实上，之所以肥沃的土壤大都呈现黑色，就是因为含碳量高的缘故。英国环保大师詹姆斯·拉夫洛克称，生物炭是减轻灾难性气候变化的唯一希望。研究人员也表示，生物炭也能提高农业生产率，减少对碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。更妙的是，它把碳锁定在生物群内，而非让它排放到空气中。 制作生物炭的现代方法是在低氧环境下用高温加热植物垃圾，使其分解。日前，气候专家找到了更清洁环保的方式，进行工业规模二氧化碳固定，利用巨型微波熔炉将二氧化碳封存在“生物炭”中，然后进行掩埋。这种特制“微波炉”将成为战胜全球变暖的最新利器。因此，该技术每年可以减少向空气中排放几十亿吨二氧化碳。日前不少人将生物炭技术视为目前为止解决气候变暖问题的“尚方宝剑”，一种“气候变化减缓”战略和恢复退化土地的方式。有些专家甚至声称，生物炭可吸收如此多的二氧化碳，以至地球能恢复到工业化之前的二氧化碳水平。 近年，生物炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复方面都展现出应用潜力，为解决粮食危机、全球气候变化等环境问题，提供了新的思路。此外，生物炭还在获取生物质能、废弃生物质资源化以及碳排放贸易等方面有着重要地位。近年来学界关于生物炭在土壤肥力改良、大气碳汇减排以及土壤污染修复等方面的研进展，并扼要分析了生物炭研究的前景和方向，为生物炭技术的应用和推广提供一定的思路。 二、生物炭的结构和基本特性 生物炭的组成元素主要为碳、氢、氧等，而且以高度富含碳( 约 70% —80% ) 为主要标志，可以视为纤维素、羧酸及其衍生物、呋喃、吡喃以及脱水糖、苯酚、烷属烃及烯属烃类的衍生物等成分复杂各异的含碳物质构成的连续统一体，其中烷基和芳香结构是最主要的成分。从微观结构上看，生物炭多由紧密堆积、高度扭曲的芳香环片层组成，X 射线表明其具有乱层结构 ( turbostratic structure)。生物炭表面多孔性特征显著，因此具有较大的比表面积和较高的表面能。表面极性官能团较少，主要基团包括羧基、酚羟基、羰基、内酯、吡喃酮、酸酐等，构成了生物炭良好的吸附特性。随着研究的推进，研究者还发现生物炭具有大量的表面负电荷以及高电荷密度的特性由于原材料、技术工艺及热解条件等差异、生物炭在结构和 pH、挥发分含量、灰分含量、持水性、表观密度、孔容、比表面积等理化性质上表现出非常广泛的多样性，进而使