种不同来源生物炭(玉米芯、香蕉杆、草海底泥、泥炭的理化性质及热稳定性．结果表明，生物炭的制备是一个逐渐从“软质碳”向“硬质碳”过渡的过程，制备过程中生物炭含碳量增加，芳香性增强，形成致密的碳结构，其中的含氧官能团被大量烧失，极性减弱，憎水性增不易被土壤中的微生物利用，有利于增加生物炭在土壤中的稳定性．热重实验显示，沉积物生物炭拥有比植物生物炭更好的热稳定性，这是因为沉积物中无机矿物对有机质起到了保护作用．关键词生物炭，化学性质，热稳定性，固定碳．ElementalcompositionthermalstabilitytwodifferentbiocharsCHENJingwenZHANGDiWUMinWANGPengEnvironmentalScienceEngineering，KunmingUniversityTechnology，Kunming，650500，China)Abstract:study，thechemicalpropertiesthermalstabilitybiocharfromdifferentoriginswereinvestigatedelementanalysis，infraredspectrathermogravimetricanalysis．preparationprocessbiochar，theoxygenfunctionalgroupssedimentweregreatlyremoved，leadingenhancedhydrophobicitythermalstabilitybiochar．Additionally，thethermalstabilitybiocharfromsedimenthigherthanformplantduemineral，implyingbiocharfromsedimentcouldsequestratecarbonmorestablyeffectively．Keywords:biochar，chemicalproperties，thermalstability，carbonsequestration．生物炭(biochar)是生物质经过漫长的地质变迁，或在无氧环境条件下缓慢高温分解得到的高稳定、富含碳的有机物质科研人员对亚马逊河流域的考古发现了几千年前形成的生物炭，同时发现含有生物炭的土壤的生产力比周边没有生物炭的高得多［1-2］一方面，说明自然条件下形成的生物炭具有很高的物理、化学、生物稳定性．可以想象，如果将有机质含量高的固体物质炭化，就可以将碳元素封存上千年而不被释放到大气中，从而减少大气中温室气体(另一方面，说明生物炭可能是一种有效的土壤改良剂．由于生物炭的稳定性，对土壤改良的作用可能是长期有效的，这对于日益严峻的土壤退化无疑是雪因此，人工模拟强化自然过程将生物质热解制成生物炭吸引了全球众多碳封存及土壤改良研究者的目光［2-3］然而，对于高碳含量的河流、湖泊沉积物制备生物炭的研究还相对缺乏，此类生物炭与一般植物秸秆制备的生物炭在物理化学性质和稳定性上可能存在较大的差异，从而对碳封存和改良土壤的能力产生影响．本研究拟以滇池疏浚的大量沉积物和云南广泛种植的玉米芯及香蕉秸杆为原料制备生物炭，系统201313日收稿．国家自然科学基金(41303093)资助．＊＊通讯作者，E-mail:zhangdi2002113@sina．com418考察不同来源的生物炭的理化性质和热稳定性的差异，为此类生物炭的应用提供基础数据和理论指导．材料和方法生物炭的制备本研究以滇池疏浚的两种沉积物(选用泥炭土和草海底泥)和云南广泛种植的两种植被(选用玉米芯及香蕉杆)为原料制备生物炭．所有沉积物和植物自然风干，使用前置于烘箱(60d，然后用铝薄纸包好(植物样需粉碎)，放入马弗炉内，先通入氮气10min，待箱内完全充满氮气后，缓慢升温至［8-9］，并保持氮气流通状态烧h，冷却后取出．将生物炭和它的原样研磨过200400玻璃瓶中待用．理化性质测定方法通过元素分析仪、红外光谱仪、热重分析仪等设备对所制备生物炭的元素组成、官能团信息、热稳定及组分信息进行全面表征．元素分析:通过元素分析仪VarioMICＲOcube，测定生物炭元素含量．首先使用模式，在燃烧炉温度1150还原炉850元素;然后使用元素模式，在燃烧炉温度1150，氦气压力1200—1250mbar，流速200mLmin－1，氧气流速13—14mLmin－1的条件下测定含量．红外分析:采用溴化钾压片法mg生物炭样品300mg溴化钾粉末混合置于玛瑙研钵中，充分研磨至混合均匀，置于压片机中压片150kPa，5min)用傅立叶红外光谱仪(美国Varian640-IＲ)对压片进行检测，扫描波数4000—400cm－1，精度cm－1，次数20热重及差热分析(TGA热重和差热实验在瑞士Mettler-Toledo公司的TGMSDTA85120mLmin－110min－1的加热速率升温到1300元素表征数据显示，所有的生物炭与其来源生物质或沉积物相比，C含量相对升高(除草海底含量相对减少，这说明生物质在马弗炉内的厌氧裂解过程中有机组分的组织形式发了变化，伴随着长链的断裂以及稠环的形成，制得的生物炭可能比生物质更加稳定［10-11］与植被生物炭相比，沉积物生物炭最大的区别在于烧制过程中碳的变化较小，这可能是由于沉积物较高的无机矿物含量，这些无机矿物可通过吸附作用与有机质形成致密的复合体，从而对有机碳起到物理保护作用，使得泥中有机质的炭化程度低于以有机质为主的植物［10］Chen［12］等的研究一致，这也可导致沉积物生物炭的含量低于植被生物炭．由于两种沉积物的元素由2931．36元素由24．08%变为21．92%比例升高，但变化的幅度也不大，C元素由22．20%变为生物炭的19．13%元素由27．89%变为26。

62%另外，底泥灰分中含有较多的金属元素，对元素分析仪的测定有一定的干扰，因此，草海底泥表现出来的含量均高于原样．Knudsen［10］研究发现有机的热分解温度不低于400，因此400元素可以与生物炭表面的不饱和点位结合，这时由于其他有机质的损失，S含量可能增大．有机硫在热解过程中的损失已经被确认为主要是以羰基硫化物的形式损失掉［11］其他研究也发现类似的结果，随着热解温度的升高，生物炭中以及矿质元素富集，O、H减少，N比较特殊，对于木材或秸秆制备的生物炭两类生物炭的元素组分分析及其热稳定性419稍有富集，对于畜禽粪便制备的生物炭则减少［13］可以反映芳香性、C元素的含明显降低，说明植被或沉积物中的糖类、碳水化合物等易水解或被微生物分解的不饱和转变为生物炭中芳香度高，饱和度大的相对稳定的C，是一个逐渐从“软质碳”向“硬质碳”过渡的过程 ［14］ 除草海底泥外)表明生物炭的极性减弱，憎水性增强，因而不容易被微生物利用，增大了生物炭的稳定 的普遍降低(除草海底泥外) 则说明植被或沉积物中含氧官能如羟基、羧基和羰基等被大 量烧失，阳离子交换量下降 ［17］ ，这些高活性官能团的减少有利于生物炭稳定性的提高． 生物炭的元素含量Table Elementcontents biochar元素组成 原子个数比样品 香蕉杆香蕉杆生物炭 玉米芯 玉米芯 生物炭 泥炭土 泥炭土生物炭 草海底泥 草海 底泥生物炭 36． 33 45． 93 42． 99 76． 00 29． 05 31． 36 22． 20 19． 13 38．24 26． 58 46． 52 14． 50 24． 08 21． 92 27． 89 26． 62 18． 87 22． 76 41．00 50． 06 43． 89 49． 88