《生物質廢棄物源與生物質炭的性質-構效關係》是依託上海交通大學，由趙玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物質廢棄物源與生物質炭的性質-構效關係
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙玲
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物質炭是生物質材料在較低溫度範圍內，低氧或無氧環境下不完全分解的產物。具有孔隙度高、比表面積大等特徵，含有無機活性成分，碳含量高且極其穩定，近年來受到廣泛關注，被認為具有提高土壤碳庫容量，改善土壤理化性質，吸附廢水污染物和減少溫室氣體排放等功能。目前相關研究較少，尤其是生物質廢棄物源的性質對生物質炭的影響尚無系統研究，性質-構效機理不明晰。本項目擬從五類生物質廢棄物源，即林木廢物、農作物廢物、畜禽糞便、食品加工廢渣、污水污泥中共取25種不同材料，通過比較原料性質與工藝參數對生物質炭產品的互動影響，觀測不同原料生物質炭在形成過程中的動態分子結構演變，分析生物質源對生物質炭的分子結構、晶體和礦物特徵影響機理。結合其與土壤共培養碳礦化試驗和吸附廢水污染物的能力研究，闡明生物質源廢棄物（性質）與生物質炭特徵及套用（構效）的關聯性。
結題摘要
本項目選取20種生物質廢棄物，包括畜禽糞便、木材廢物、農業廢物、食品廢渣、水生廢物以及市政垃圾六大類，在不同溫度下（200oC～650oC）製備生物炭。採用統計學分析等方法，探索了生物炭性質及構效與原材料種類、製備溫度這兩大因素的相互關係。代表性成果包括：（1）創新性提出採用統計學變異係數定量化揭示原材料異質性HF和溫度異質性HT。通過紅外光譜、核磁共振、拉曼光譜、熱重分析等技術研究生物炭的分子結構、物理特徵和晶體及礦物特徵。受原材料性質影響較大的特徵包括生物炭的總有機碳含量、固定碳、礦物成分，而比表面積和pH則主要由製備溫度決定；生物炭的綜合固碳潛力主要取決於原材料的種類。未有研究能夠從整體角度推導其影響的規律性。（2）通過主成分分析和聚類分析，清晰給出各類生物炭的礦質元素綜合水平排序。如，城市污水廠污泥生物炭分數最高，排序為1，其主成分1貢獻最大，說明污泥中主要含有Mg、Cu、Zn、Al 和Fe礦物類，使其排序最高。以此類推。（3）闡明植物與固廢基生物炭的性質差異。前者含有豐富的碳，固碳效果好；後者礦質元素含量高，適用於土壤改良；固廢基生物炭CaCO3含量高，有較大的離子交換性能和等電荷點，可作吸附劑。 （4）生物炭形成過程中有機相的分布與轉化及其對固碳和孔結構的影響。生物質向生物炭轉化過程中，纖維素分解，致更易溶性組分如半纖維素升高，該過程主要發生在100oC～200oC間。當溫度從200oC上升至350oC時，纖維素完全消失。半纖維、纖維素組分對孔結構影響不大，但其與碳損失有關。孔體積、表面積與木質素含量以及不溶性灰分呈現一定的正相關性。（5）通過添加礦物質等誘導炭化過程以達到強化固碳以及改善生物炭環境功能等目的。本項目的研究既為生物炭的環境套用提供了理論依據、又為選取工藝條件提供了指導。最重要的是，對炭化過程的闡釋和對生物炭特徵的統計學分析使人們對生物炭形成機理，及特徵形成有深入認識，擯棄了從特定材料研究中獲取零散信息。 共發表標註本項目資助的論文13篇，11篇SCI和2篇中文核心期刊。包括一篇環境領域頂級期刊Environmental Science & Technology。累計影響因子為35.53。申報專利3項，授權1項。出國合作交流2人次。參加國際會議作大會口頭報告3人次。協助培養博士生2名、培養碩士生2名、本科生3名。
