不同裂解溫度下生物炭釋放溶解性有機(jī)質(zhì)的光譜特征分析

趙 敏，陳丙法，馮慕華，陳開(kāi)寧，潘繼征*

1. 中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

引 言

生物炭是由廢棄生物質(zhì)原料經(jīng)過(guò)低溫(<700 ℃)限氧裂解形成的富炭材料。近年來(lái)，因擁有較強(qiáng)的離子交換能力，較大的比表面積和孔隙體積，富含有機(jī)碳且芳香化結(jié)構(gòu)存在, 目前生物炭在土壤改良及修復(fù)中得到廣泛關(guān)注。生物炭可以促進(jìn)土壤對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的保持能力，從而提高土壤質(zhì)量；同時(shí)生物炭可以絡(luò)合固定土壤中有毒有害物質(zhì) (重金屬及持久性有機(jī)物)，減輕污染物的生物可利用性[1]。然而生物炭的工程應(yīng)用受到生物炭的原料來(lái)源、 制備方法等諸多因素的制約。生物質(zhì)來(lái)源及制備條件的差異使得生物炭功能性質(zhì)差異很大，并影響其實(shí)際應(yīng)用。因此，全面掌握生物炭的性質(zhì)是工程應(yīng)用的前提。

大量研究已對(duì)生物炭的元素組成、 表面形貌、 官能團(tuán)含量及結(jié)構(gòu)、 晶體結(jié)構(gòu)、 熱解行為及熱穩(wěn)定性等理化性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)道[2]。生物炭由穩(wěn)定性不同的含碳物質(zhì)組成，制備過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定性較差的溶解性有機(jī)質(zhì)(dissolvel organic carbon, DOM)，并且很容易釋放到環(huán)境中。已有研究表明生物炭釋放的DOM會(huì)與重金屬形成絡(luò)合物，影響重金屬在環(huán)境中的毒性及歸趨[3]。此外，生物炭DOM還參與全球碳循環(huán)，有報(bào)道顯示生物炭釋放DOM含量占全球河流可移動(dòng)性DOM含量的10%[4]。顯然，在進(jìn)行大規(guī)模工程化應(yīng)用前對(duì)生物炭DOM的釋放潛能及特征進(jìn)行研究至關(guān)重要。

相比對(duì)生物炭理化性質(zhì)、 結(jié)構(gòu)特征及其應(yīng)用研究，國(guó)內(nèi)外對(duì)生物炭DOM的研究仍較少。木炭和竹炭是兩種常見(jiàn)且具有較好應(yīng)用前景的生物質(zhì)炭。裂解溫度是影響生物炭穩(wěn)定的關(guān)鍵因子，因此有必要對(duì)不同裂解溫度下竹炭和木炭釋放的DOM進(jìn)行深入研究。通過(guò)DOM光譜特征分析，可以得到DOM諸多生物地球化學(xué)特征。目前，紫外可見(jiàn)光譜、 三維熒光光譜結(jié)合平行因子法(3DEEMs-PARAFAC)等光譜分析因不破壞樣品結(jié)構(gòu)、 操作便捷、 靈敏度高、 選擇性好、 可識(shí)別光譜重疊現(xiàn)象等諸多優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于DOM研究[5-6]。與其他生物炭相比，以木炭和竹炭等為代表的植物源生物質(zhì)炭目前在土壤修復(fù)，水處理和炭隔離等方面得到廣泛研究與應(yīng)用。……