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目 录

1.绪论 1

1.1引言 1

1.2本文研究的目的和意义 1

1.3我国农林废弃物利用现状 2

1.4国内外研究现状 2

1.5生物炭的应用 3

1.6本文研究路线和内容 4

2.实验部分 5

2.1实验材料 5

2.2生物炭的制备 6

2.2.1实验装置 6

2.2.2实验步骤 6

2.3实验仪器 7

2.4实验方法和步骤 8

2.4.1工业分析技术 8

2.4.2元素分析技术 8

2.4.3扫描电镜（SEM）分析技术 8

2.4.4红外光谱（FTIR）分析技术 9

2.4.5X-射线衍射（XRD）分析技术 9

3实验结果与讨论 10

3.1生物炭产率 10

3.2元素分析 10

3.3扫描电镜（SEM）分析 11

3.4红外光谱（FTIR）分析 13

3.5X-射线衍射（XRD）分析 14

4结论与展望 16

4.1结论 16

4.2展望 17

参考文献 18

致谢 19

农林废物混合热解制备生物炭复合材料及其物化表征

杨泽广

，China

Abstract: Agricultural and forestry wastes are valuable biological resources in nature. In the energy shortage of human life. Biomass waste can be converted into pyrolytic carbon and high value-added energy through heat treatment such as pyrolysis. The current heat treatment process of biomass mainly focuses on single treatment, but neglects the synergistic effect between different biomass wastes, which mainly depends on the pyrolysis reaction conditions and biomass characteristics. In this paper, the single and coupled pyrolysis of maple sawdust, rice husk and pairwise mixture (mass ratio 1: 1) was studied, and the physicochemical characterization of biochar was carried out. Firstly, the biomass raw materials were analyzed by thermogravimetric analysis, and the moisture, volatile, fixed carbon and ash in the samples were determined. Secondly, biochar was prepared by pyrolysis of different biomass samples in inert atmosphere (such as nitrogen) in a high temperature tube furnace. Then, the biochar was collected and the yield was calculated. The results showed that the carbon yield of rice husks and maple sawdust was within 1%, which indicated that 500oC was the best pyrolysis temperature. Finally, a series of advanced analytical techniques were used to characterize biochar, including the elemental composition of biochar by elemental analyzer, and the morphology and structure of biochar surface by scanning electron microscope (SEM). The organic functional groups on the surface of biochar were characterized by IR and the crystal mineral composition and structure of biochar were determined by X-ray diffraction (XRD). The results showed that the co-pyrolysis of rice husk, sawdust and eggshell could improve the composition of minerals such as hydroxyl groups and calcium oxide in biochar, which was beneficial to the application of rice husk, sawdust and eggshell in soil improvement. In conclusion, the results of the study on the preparation and physicochemical characterization of biochar will provide a practical theoretical basis for the utilization of agricultural and forestry wastes for pyrolysis.

Key words：Agroforestry waste; Biomass charcoal; Pyrolysis; Materialized representation

1.绪论

1.1引言

环境问题一直以来都是我国发展中一个面临的重大问题，我国作为世界人口大国，传统的生产模式，能源消耗比重大，对自然资源的过度采伐，对环境造成的污染历史遗留问题，已对人类生活造成巨大的影响，2017年新年伊始，“跨年雾霾”连续席卷中国多个省市。中中央气象台连续几天发布红雾警报和洪水橙色警报。北方多地污染指数激增，人民生活环境遭到严重破坏。在此情况之下，对于环境保护和资源利用问题更为注重，在十八大会议上习近平总书记强调：环境治理是一项系统工程。必须坚定不移地把它作为一项重大的生计和实际任务。按照系统工程的思想，必须做好生态文明建设重点任务的落实，有效保障能源资源，做好环境污染治理工作。生态环境良好，为人民创造了良好的生产生活环境。对生态环境的破坏，主要来自对资源的过度开发、粗放利用。生态文明建设必须从资源利用的源头入手，把节约资源作为根本方针。

在节约资源方面，改善固体废物的再发展和再利用技术。通过废弃物的处理技术，使废物能够充分利用，实现农林废弃物的资源化，为社会、经济、人类生活做出有力贡献，对环境质量起到改善，从而达到双赢的效果。

1.2本文研究的目的和意义

我国作为世界农业大国，农林业所产生的农林废弃物总量依旧呈现不断上升的趋势，对环境的压力不断加大。对于农林废弃物的传统处理方式，多使用填埋或者焚烧的方式，填埋方式在一方面会对地下水质量造成污染，焚烧对于空气质量的影响也及其严重，这对于环境是一种破坏性的处理方法。通过对农林废弃物的加以利用，在发展经济过程中，最大限度地减少能源的消耗，使资源与能源能够得到充分的利用，最大限度的减少废物的排放量，使废物中有用资源得到最大限度的回收与综合利用，从而取得最大的经济效益^[1]。

本文选取杨枫木屑、稻壳、蛋壳三种农林废弃物及其两两1：1混合作为原料制备生物炭。通过对其进行物理和化学表征，观察原料对生物炭特性的影响，以期得到最优化的热解条件，为生物炭热解技术制备固体燃料或进一步加工以生产活性炭的潜在用途提供经验积累和数据。为实现清洁生产，农林废物再利用、保护环境、缓解环境污染问题既有重要的积极意义。

1.3我国农林废弃物利用现状

我国秸秆、稻壳、玉米芯等年产生量高达10亿多吨。目前，我国农林废弃物总量逐年增加，对环境的压力越来越大。我国农林废弃物能源利用的主要矛盾是传统的“小农”生产方式与工业“大工厂”机械化经营之间的矛盾。农林废弃物收集成本高，模式复杂。然而，随着我国农村土地逐步实现集约化、机械化管理，农业和林业废弃物的资源化利用成为可能。今后将有效抑制农林废弃物随意焚烧的规模，大幅度减少焚烧污染排放。自2006年中国第一家农林废弃物发电企业成立以来，中国已建成302座农林废弃物发电厂，每年处理农林废弃物9000多万吨。每年增加农民收入270亿元。约500亿千瓦时，每年节约标准煤2000万吨，减少二氧化碳排放量5000万吨。在遏制秸秆露天焚烧、推进县域工业园区清洁排放、发展农林业循环经济产业链、带动农民就业、增加农民收入等方面显示了独特优势^[2]。

1.4国内外研究现状

生物质热解技术，就是在无氧或缺氧的氛围下，通过高温使生物质发生热化学反应，使分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程。从而将生物质转化为再利用的资源，对废弃物的处理上进一步的减少废弃物对环境的破坏影响，产生了较大环保效益，显著改善了农村环境，促进了村镇经济，产生了巨大的经济、社会效益。为满足保护环境的需要、经济发展的要求，过去几十年来，生物质的热化学转化被广泛研究。对于热化学转化过程（如固定床热解）的设计，优化和建模，对热解的理解是必不可少的。然而，由于热解的复杂性和生物质组成的差异，大多数生物质类型分解成气态，液态和固态成分的机制尚不清楚^[3]。因此这一技术的研究也是现在各大学术领域的研究热点。

浙江农业大学盛奎川等^[4]研究了不同温度条件下对农林废弃物生物质热解炭的产率及其质量的影响和热解气的成分分析，研究的温度范围为300℃~850℃。实验结果表明，选用的原料木屑和稻壳在300℃~850℃范围下，产炭率随温度的升高而减小，其中木屑的产炭率在400℃以内变化极大，400℃~850℃产炭率变化仅有6%左右。稻壳的变化率则300℃~850相对平滑，从46.0%到32.5%逐渐下降的趋势。

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