探究原料结构成分作为生物炭物理化学性质预测因子的可能性

《Scientific Reports》：Exploring feedstock structural components as predictors for physico-chemical biochar properties

　　

摘要

为进一步提升基于原料特性准确预测生物炭性能的能力，本研究探讨了原料结构成分与生物炭性能之间的关联。研究共使用了10种不同的生物质原料，这些原料主要来自奥地利。所收集的原料包括云杉木片、阔叶林木材碎屑、小麦麸皮、虎杖、核桃壳、堆肥过程中的筛分残余物，以及马利筋、油菜、大麻和罂粟加工后的残渣。这些原料在氮气氛围中，于500℃和700℃下在定制的马弗炉中进行热解处理。随后对这些原料的木质素、半纤维素、纤维素、脂肪含量及其他性质进行了分析。此外，还采用汞侵入孔隙度法对生物炭样本进行了检测，测得的最大侵入体积为3.64立方厘米/克。同时确定了生物炭样本中各元素的回收率，并将其与原料结构成分进行了关联分析。此外，还测定了生物炭中营养元素的水溶性，结果显示在700℃时钾的溶解度最高，为35.5±18.5%。碳、氢、氮、氯这四种元素的回收率与原料结构成分存在显著关联（例如，氯与纤维素之间存在非常显著的负相关关系，相关系数为-0.874，p值小于0.01）。侵入体积与钾的溶解度也呈现显著的相关性。这些结果表明，原料结构成分可以作为更多生物炭性能的预测指标，尽管当前样本量有限，仍需进一步研究来验证这些发现。