火炬松生物炭的慢速热解特性及其在碳封存与土壤改良中的协同效应研究

本文推荐：本研究通过慢速热解（slow pyrolysis）在450-650°C温度区间制备火炬松生物炭，系统评估其碳结构稳定性（C sequestration）与土壤改良潜力。450°C产物兼具高持水性（560.60%）、酸性缓冲容量（969.70 mmol H+/kg）及低电导率（0.17 dS/m），其多环芳烃（PAHs）和重金属含量均低于EPA标准，为农林废弃物资源化提供了环保解决方案。

　　

亮点

温度对热解产物的影响

不同温度下制备的生物炭及其油相产物如图2所示。当温度从450°C升至650°C时，生物炭、水相油和有机相油的产量递减，而气体产物随温度升高增加（图3）。该趋势与文献记载的热解动力学规律高度吻合。

碳封存

生物炭的稳定性是衡量其固碳效能的核心指标。目前学界采用碳结构分析、活性/稳定碳组分检测及土壤模拟实验等方法评估其持久性，但尚未形成全球统一标准。

多环芳烃与重金属隐患

多环芳烃（PAHs）作为含多个稠环的有毒有机物，是重点环境风险因子。表S1详细列出了不同热解温度下松木原料及生物炭中PAHs和芳香烃（AHs）的检测数据，所有指标均符合监管限值。

结论

研究表明火炬松生物炭特性受热解温度显著调控：450°C产物呈酸性（pH 6.29），550°C以上转为碱性；低温生物炭更适于作为兼具固碳与土壤改良功能的环保材料。

伦理声明

本研究未涉及人体或动物实验，符合热解研究伦理规范。

基金资助

项目获美国农业部（USDA）农业研究服务署（协议号58-6010-2-005）及国家食品与农业研究所（NIFA Grant No. 2023-69016-39062）支持。

作者贡献

Dale Hartmann负责数据整理；Hossein Jahromi主导方法论与论文修订；Sushil Adhikari统筹项目与资金管理；Vivian C. Usha完成初稿撰写与数据分析。

利益冲突声明

作者声明无竞争性利益关系。

致谢

特别感谢奥本大学Maria Soledad Peresin博士在接触角与Zeta电位测试中的技术支持。