铁改性生物炭的制备及应用

闫 波 张宝强

（1.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建-西安交大土地工程与人居环境技术创新中心，陕西 西安 710075；3. 陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075）

生物炭是一种由木质或纤维素类生物质材料在低氧或无氧条件下，经过高温热解而成的，具有复杂的孔隙结构和较大比表面积的碳骨架聚合体。其孔隙结构由小于2nm的微孔，孔径在2～50nm之间的中孔和大于50nm的大孔组成，微孔为主要组成部分。生物炭的孔隙结构主要受原材料和热解温度的影响，原材料中木质素成分含量越高，大孔越多；纤维素含量越高，微孔占比越多。热解温度对生物炭孔隙度的影响呈抛物线型，在热解温度逐渐升高的过程中，石墨微晶态结构逐渐增多，无定型碳结构逐渐减少，碳骨架结构趋于稳定，原材料中的挥发性、半挥发性物质铸件热节、挥发，孔隙结构逐渐增多；当温度超过某一阈值时，碳骨架结构开始出现坍塌，导致孔隙逐渐减少。有研究显示，当热解温度停留在500～700摄氏度时，以2h为节点，生物炭的孔隙度程先增后减趋势。由于制备生物炭的材料中含有多种蛋白质、纤维素。半纤维素等物质，在烧制生物炭的过程中，这些物质逐渐转变为附着于生物炭表面的含氧官能团或碱性官能团，主要为羧基、羟基、羰基、酯基等。官能团的形成主要受生物质材料元素组成和热解温度的影响，纤维素类含量较高的生物质材料N、S元素较高，以其制成的生物炭表面含有较多的N、S官能团。……