板栗壳生物质炭制备及其对土壤性质的影响
一、研究背景
人类只有一个地球，我们能使用的资源是有限的，因为人们对自然资源无节制的开发，使能源危机日趋紧张。能源不仅是人类生存的根本，也是推动社会发展的重要物质基础，人类利用能源的方式无疑成为近年来出现的许多环境问题的关键。为了更好地实现可持续发展，我们国家提出了发展低碳能源与低碳经济的发展思路，低碳经济的实质是提高能源效率和优化能源结构，大力发展低碳能[1]。
生物质是指通过光合作用形成含有纤维素、半纤维素、木质素等成分的生物体，经自然演变或人类采伐后失去生理代谢功能的生物体材料[2]。生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，是以生物质为载体的能量[3]。也就是说，生物质是一种通过大气、水、大地以及阳光产生的持续性资源。在目前各种可再生能源中，生物质是独特的，其不但能贮存太阳能，而且还是一种可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。我国生物质能资源相当丰富主要以农林作物的形式存在。农林作物生物质能源是指主要利用农作物废弃物及树木的木材、果实和枝叶等直接生产或间接加工成的能源[4]。理论上，任何生物质都可以成为生物质炭的制备原料。
二、板栗壳资源及其现状
板栗是我国著名的“土特产”广泛种植于我国山区的具有较高营养成分的干果，我国是世界板栗生产的传统大国，且具有千年的种植历史，资源丰富，产量很大，远超过其它国家和地区，在众多的生物质资源中我国板栗年产量居世界首位，板栗在生产和加工过程中产生大量的废弃物——板栗壳[5]。随着板栗产品的需求呈逐年递增的趋势，相应地板栗壳的量也在不断增加[6]。板栗壳是板栗种植区的一项大宗副产品，但是目前对板栗壳的利用率较低，一般采用传统焚烧、丢弃等方法处理，而这些方法不仅不利于生态环境的保护，还会造成资源的严重浪费[7]。特别是随着我国《秸秆禁烧和综合利用管理办法》的颁布和实施，国家对这些可再生性的林产废弃物综合利用将投入大量的人力和物力，也将促进板栗壳壳综合利用技术的研究和推广。因此，加强对板栗壳的综合利用，避免资源的浪费，生产附加值高的产品，不仅可以有效地处理固体废弃物，而且能够变废为宝，提高经济收入[5]。
板栗壳的主要成分是纤维素、半纤维素以及木质素，与生物质的主要成分一致，具有比较高的利用价值。而生物质利用的形式主要包括三种方式，分别为：生物质直接燃烧、生物质生物法转化、生物质热化学转化，其中，生物质直接燃烧法又包括使用炉灶进行燃烧、锅炉焚烧、对生物质进行压缩后成型再燃烧以及使用联合的方法进行燃烧；生物质生物法转化技术又包括使用酵母菌发酵转化技术和酶水的解技术转化；生物质热化学转化技术是主要的转化手段，包括对生物质进行干馏、气化和热裂解。其中又以生物质的热裂解技术最为常见，生物质热裂解技术通常是指在基本没有氧气存在的条件下，通过加热高温来切断生物质中纤维素、半纤维素、木质素等高分子的化学键，从而产生炭、可冷凝气体和小分子有机不可冷凝气体的过程。其中，产物炭可燃烧供热，也可进一步制备活性炭或有机复合肥；不可冷凝气体一般用来燃烧供热；可冷凝气体经冷凝收集后成为生物质热裂解过程中的的主要生成物生物油。因此，生物质热裂解技术是一种具有实践操作价值的工业化应用技术，有很大的发展前景。如果能将热裂解技术用于处理板栗壳，不仅能减少资源的浪费，在一定程度上也能减少环境的污染[8]。
三、生物质炭及其性质
生物质炭是指在厌氧或者绝氧的条件下对生物质进行高温热解，生成含碳丰富的固体物质。目前制备生物质炭的原料主要包括农林业废弃物、家禽家畜粪便、工业残余物、生活垃圾工业和市政污泥等[9,10]。
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