利用反射率评估生物炭稳定性的创新研究——以榉木、麦秆和花生壳为原料的生物炭为例

推荐 为解决生物炭稳定性评估难题，研究人员以榉木、麦秆和花生壳为原料，在300-700℃下热解制备生物炭，系统分析其反射率与化学组成（H/C、O/C摩尔比）及官能团的关系。结果表明，反射率>2.0%的生物炭具有长期环境稳定性，可作为碳封存和环境管理的有效指标，显著提升评估效率。

　　

论文解读
生物炭作为生物质热解的碳富集产物，在土壤改良、气候调节等领域展现出巨大潜力。然而，其环境持久性（permanence）的评估仍是科学难题。传统方法依赖复杂耗时的化学分析，难以满足快速筛选需求。为此，波兰西里西亚大学的研究团队以榉木、麦秆和花生壳为原料，在严格控制的缺氧环境中热解制备生物炭，系统探究反射率与化学稳定性的关联，为生物炭的环境应用提供新思路。

研究采用反射光谱技术与傅里叶变换红外光谱（FTIR）联用，对15种不同热解温度（300-700℃）下生成的生物炭进行表征。通过对比100次与200次反射测量数据，发现反射率与H/C、O/C摩尔比呈显著负相关（p<0.05），且随温度升高呈系统性增长。当反射率>2.0%时，生物炭的氧化基团/芳香碳比值显著降低，表明其化学惰性增强。

生物炭制备
实验选用榉木、麦秆和花生壳三种生物质，破碎至统一粒径后密封于钢制反应管中，在氮气保护下以10℃/min速率升温至目标温度，保持3小时以完成热解。

反射率测量的最优次数
研究对比了100次与200次反射测量，结果显示200次测量能更精确反映反射率分布，但100次测量已足够用于初步筛选。

研究结论

1. 反射率作为稳定性指标的有效性：反射率与H/C、O/C摩尔比呈强负相关（R2=0.89），且随热解温度升高而增加。高温（>500℃）处理的生物炭反射率普遍>2.0%，其氧化基团含量显著减少，表明化学稳定性极高。
2. 化学组成与稳定性的关系：FTIR分析显示，O/C摩尔比与氧化基团/芳香碳比值的相关性（R2=0.92）为预测生物炭长期行为提供了新依据。
3. 环境应用潜力：反射率>2.0%的生物炭在自然环境中表现出极低反应活性，适用于长期碳封存项目。

该研究创新性地将光学参数与化学稳定性关联，提出了一种快速、低成本的生物炭评估方法。其成果对优化生物炭生产工艺、提升碳封存效率具有重要指导意义。研究团队建议将反射率纳入生物炭质量标准体系，并呼吁进一步开展长期田间试验验证其稳定性预测能力。