不同原料生物质炭的特性研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

在厌氧或者绝氧的条件下对生物质进行热解，可产生含碳丰富的固体物质，称为生物质炭。在厌氧或者绝氧的条件下对生物质进行热解，可产生含碳丰富的固体物质，称为生物质炭。由于生物质炭在农业和环境中的巨大应用前景和对土壤碳的增汇减排作用，近期成为土壤学和环境科学的研究热点。综述了生物质炭的一些基本性质及其对土壤环境功能的影响，分析了该领域未来的发展趋势。国内外的研究表明：生物质炭含有大量植物所需的营养元素，可以促进土壤养分的循环和植物的生长；生物质炭一般呈碱性，施用生物质炭可以降低土壤的酸度和有毒元素如铝和重金属对植物的毒性；生物质炭表面含有丰富的-cooh、-coh和-oh等含氧官能团，它们产生的表面负电荷使生物质炭具有较高的阳离子交换量(cec)，施用后可以提高土壤的cec；生物质炭对农药等有机污染物和重金属等有很强的吸附能力，可用于污染土壤的修复；生物质炭具有高度的孔隙结构，可以增加土壤的空隙度和保水能力，降低土壤容重，有利植物根系生长；生物质炭是一种含碳的聚合物，主要由单环和多环的芳香族化合物组成，这种结构特点决定了生物质炭具有较高的化学和生物学稳定性，较强的抵抗微生物分解的能力，增强了土壤的固碳作用，减少碳向大气的再释放。^[1]

生物质炭在多个方面都有较好的应用。能源方面碳燃料电池中，可以将燃料炭的化学能直接转化为电能， 具有污染物排放少碳燃料能量密度高和原料来源广的优点。^［2］生物质炭较高的比表面积、 丰富的含氧官能团能促进电池的阳极反应。^［3］在环境领域，污水处理方面，arvelakis 等以橄榄残渣和麦秆为原料,在氮气保护下采用热分解法制备生物质炭，并将其用于汞离子污染物的捕获。生物质炭对汞离子的吸附能力优于商业煤基活性炭，且原料炭化前氯离子与碱金属离子的浸泡预处理可以提高生物质炭的使用寿命。^［4］

关于生物质炭发展前景，生物质资源丰富，具有绿色且可持续发展的特点。未来生物质炭的制备重点是发展绿色、反应条件温和的转化方法，以及通过选择活化剂种类与含量、活化方法、催化剂种类与含量实现对生物质炭微孔结构、表面官能团的调控。生物质炭在能源领域的应用研究将有利于实现能源多元化，减少对化石燃料的依赖性;在环境领域的应用研究可有效治理水体或土壤方面的环境污染。生物质炭的应用将注重发展多功能化生物质炭，如改善生物质炭的导电性，赋予生物质炭光敏性或磁场响应性，以满足其在能源领域的要求，而生物质炭的高效吸附能力、可循环与再生、环境敏感性将拓展其在环境领域的应用^[5］

2. 研究的基本内容和问题

本毕业论文的题目为不同原料生物质炭的特性研究，其研究的目标主要是通过对不同原料的生物质炭的研究，包括秸秆类、鸡粪、猪粪、污泥等几类，弄清楚生物质炭中所含重金属，有机质，全量氮磷钾以及速效氮磷钾的测量，从而对不同原料生物质炭有一个深刻的认识。

在整个过程中，所要解决的问题便是保证各个测量量在测量过程中的准确，尽可能减少实验过程中的误差，保证整个实验的真实性。

3. 研究的方法与方案

1、通过火焰原子吸收法测量不同原料生物质炭的重金属含量。生物黑炭样品的消煮方法:采用了植物样的消煮方法，参照鲁如坤(2000)推荐的方法，hn03-hc104 (4:1, v/v)合酸消化。准确称取植株样品0.5000 g}置于100ml高脚烧杯中，加入l oml混合酸，冷消化过夜。次日，将烧杯置于电热板上，100℃砂浴消化半小时，升温至200℃砂浴消化半小时，升温至2500c砂浴消化，这期间并不断滴加混合酸，至溶液颜色变为无色并冒白烟后，再继续蒸发至剩余体积2ml左右，冷却，定容至25ml容量瓶，过滤。溶液中重金属含量采用原子吸收分光光谱仪测定(faas，北京普析tas 986)，消化和测定中所用试剂均为优级纯(gr级)。以国家标准物质gbw07602 (cd含量为0.14士o.olmg}kg'1 ,pb含量为7.10t1.10 mg}kg'}),gbw07605(cd含量为0.057士0.008 mgkg }, pb含量为4.40士0.30 mg}kg一 1)为内标控制分析质量。

2、在测定不同原料生物质炭的过程中，用重铬酸钾滴定法来测量，具体步骤是称取0.01g左右的不同种类生物质炭，加入重铬酸钾5ml，再加入浓硫酸5ml，接着在200摄氏度油锅进行消煮5min，再者进行滴定，从而计算出有机质的含量

3、通过测植物样的方法测定速效氮磷钾和全量氮磷钾

4. 研究创新点

1、炭化设备用的是便携式生物质炭化机，炭化效率高

2、炭化种类齐全，效果明显

5. 研究计划与进展

研究计划：

1、弄清生物质炭来源。包括有植物残余类废弃物，产生于农林生产过程；动物类残余废弃物，产生于渔、牧业生产过程；加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等，产生于农业加工过程。

2、制备生物质炭，并且保存