多元素扫描热分析(MESTA)在生物炭表征中的应用：热稳定性与元素组成的精准测定

本文推荐一种创新的多元素扫描热分析(MESTA)技术，该技术可同步测定生物炭的碳(C)、氮(N)、氢(H)、硫(S)、有机氧(O)含量及热稳定性。研究通过8种原料及其不同热解温度(400-600°C)下制备的16种生物炭，验证MESTA在预测生物炭产率、热稳定性和能量副产物比例方面的优势，并确定400-450°C为平衡生物炭特性与能耗的最佳热解温度区间。该方法为生物炭研究与生产提供了高效精准的表征工具。

　　

¹研究亮点²

• MESTA技术实现生物炭C、N、H、S、O五元素同步分析及热稳定性评估

• 首次量化热解过程中有机碳向碳酸盐的转化对氧测定的影响

• 原料MESTA热谱图可预测生物炭产率、热稳定性及能量副产物比例

³生物炭中有机氧测定的准确性⁴

草本生物炭平均含碳酸盐碳1.72±0.64 mg/g，木本生物炭为0.32±0.10 mg/g。灼烧残渣中草本与木本生物炭的碳酸盐碳分别达2.55±0.81 mg/g和1.92±0.72 mg/g。若假设所有碳酸盐碳均来源于热解或灼烧过程中的有机碳转化，则草本与木本生物炭的有机碳校正值分别为0.14%和0.03%，有机氧测定偏差可忽略不计。

⁵讨论⁶

研究表明，尽管草本与木本生物炭的元素组成及H/C、O/C比值差异显著，但在400-600°C热解温度区间内其热稳定性高度相似。低于400°C时，生物炭可能含有热不稳定碳组分（图4）。因此推荐400-450°C为生物炭生产的最佳温度区间，该温度下既能保障生物炭稳定性，又可优化能耗效率。

⁷结论⁸

MESTA可同步测定生物炭的C、N、H、S、O含量及热稳定性（虽含硫量信息＜1μg）。通过原料热谱图可预测生物炭产率与热稳定性，并为生物炭-能源副产物比例优化提供数据支持。该技术为生物炭研究与质量控制提供了高效解决方案。