废物资源化制备生物质炭及其环保应用研究进展

　　摘要：现如今，环境污染问题十分的严重，并且，农业生产也存在很大的困难，面对这些问题，资源化利用以及新型生物质炭的研究显得十分重要。很多研究表明，资源化制备生物质炭已经越来越受重视。据有关调查和研究发现：秸秆、果壳、蓝藻以及牛粪等人们眼中的废物都是制备生物质炭的原材料。生物质炭化后与木炭相似，具有耐降解，可提高土壤碳库容量，减少温室气体排放的效果。同时生物质炭具有很大的表面积，因此持水性、吸附性均较强。而且生物质炭的制备方法也有很多。生物质炭在很多领域都有着显著的作用，比如水处理、大气污染治理、土壤污染治理以及修复等等；同时，生物质炭在农业上也有很大的存在价值，而且生物质炭也成为一种新型的可再生能源进入工业世界。

　　关键词：生物质炭；环境治理；资源再利用。

　　前言

　　众所周知，活性炭已经在人们日常生活和工业生产中担任了一个不可或缺的能源的角色。近年来，林业部门颁布很多政策，如禁止乱砍滥伐、成材烧炭，目的都是为了保护森林资源，维持生态平衡，但是，这是措施导致了能源市场的供不应求。因此，生物质炭的制备就变得格外的重要。随着工业的不断发展，环境污染也变得越来越严重，尤其是水污染、大气污染和土壤污染。同时，我国是一个农业大国，农业生产与人们的生活息息相关。因此，废物资源化再利用制备生物质炭，并用此来治理环境，促进农业生产已经迫在眉睫。

　　本文较详细地介绍了生物质炭的性状、制备材料和国内外出现的制备方法，同时，利用蓝藻制备了一定量的生物质炭，并利用所制备得到生物质炭对艳兰有机溶剂进行吸附实验，得出生物质炭的吸附能力是很明显的。同时解读生物质炭在水处理、大气污染治理、土壤治理和修复上的应用。通过阅读文献，也在本文中归纳总结了生物质炭在农业生产的应用以及研究探讨其在环保领域的重大发展前景。

　　结果表明：果壳等废物都可以资源再利用，制备生物质炭，并且具有很好的吸附效果。而且利用蓝藻制备生物质炭时，适当的磷酸比例可以增加生物质炭的吸附效果，有了这种资源再利用的方式，生物质炭的制备变得更加的环保，而且环境也会变得越来越好。

　　粗放式制造业的急剧扩张奠定了中国这样一个人口大国在世界工厂中不可撼动的地位。但是，当我国的人均GDP达到5000美金，相当于发达水平的时候，巨大的环境压力是我国不得不面对的问题[1]。

　　如果说四万亿年之前的环境污染问题只是个别的局部的现象，那么，现如今这个问题已经成为全国乃至全球性的问题了[2]。

　　单单就我国而言，距离最近的就是2012年冬天人们所经历的雾霾天气了，这一现象全面具体又直接的向人们展示了中国环境污染的严重性以及我国生态环境所存在的问题的严重性。

　　当清新的空气、清洁的水源、湛蓝的天空都成为人们的向往之时，我国环境污染问题的严重程度就可想而知了。

　　我国环境污染主要存在的现状是：污染范围广、污染程度高。其污染主要包括以下几个方面[3]。

　　水源：基于我国是一个人口大国，我国水资源总量丰富，但我国是一个人口大国，14亿人口使得我国水资源人均占有量少。仅仅只有世界平均水平的四分之一。虽然我国总体水量较多，但是三分之一的水资源是地下水，而且据有关报道显示，我国对多地的地下水环境做了检测，结果发现，只有百分之三的地下水是基本清洁的，剩余百分之九十三的都存在一定程度的污染，其中66%遭到了严重污染。

　　土壤：就目前而言，已经发现全国10%以上的耕种土壤面积受到了严重的金属污染，共计大约1.5亿亩。同时，还有大约3250万亩的耕种土地受到了污水的污染；由于固体废弃物的堆放和填埋所占用的土地已达到200万亩之多，而且大多数集中在经济发展比较发达的地区。耕种土地的污染所带来的直接损失就是粮食的减产，正所谓名以食为天，因此，土壤污染既损害了人民的利益，也带来了严重的经济损失。仅仅根据上述土地污染，损失就有200亿之多。

　　空气：空气是人类生存和发展所不可缺少的因素，就目前而言，听到的最多关于空气污染的话题就是温室效应、酸雨和臭氧层破坏三大话题。其中最主要也是最严重的莫过于PM2.5的严重超标，同时，由于现代生活水平的不断提高，私家车的普及导致汽车尾气在大气污染中也扮演了一个很重要的角色；含硫煤炭的燃烧也导致拍排放到空气中的二氧化硫含量较高，这直接导致我国酸雨现象的频发，主要集中在我国的华中、西南、华东地区[4]。据亚洲开发银行和清华大学最新发布的《中华人民共和国国家环境分析》报告，中国500个大型城市中，只有不到1%达到世界卫生组织空气质量标准[5]。

　　1.2.1大气污染治理技术

　　具调查研究发现，目前最主要的空气污染物就是悬浮物颗粒度、二氧化硫、臭氧等。常见的大气污染治理技术吸收法、燃烧法、催化转化法、生物净化法等。现在应用最普遍的是吸收法，所谓吸收法就是将待排出的受污染的废气经过吸收塔，使其与塔顶上流下来的吸收液混合，同时，废气中的有害成分与吸收液的某些组分发生化学反应，减少排出气体中的有毒成分，降低对大气的污染程度[6]，这种方法之所以得到普遍的应用得益于其操作简单、投资成本少。

　　然而，随着科学技术的不断进步与发展，催化转化技术得到了很大的应用，尤其是在机动车尾气治理方面。随着生活水平的不断提高，机动车的数量也日益剧增，带来的最直接的现象就是汽车尾气污染。汽车尾气中含有大量一氧化碳和氮氧化物，这些都是造成全球变暖和酸雨的主要原因[7]。催化转化技术就是针对汽车尾气的排放，在尾气排放装置过程中添加催化器，使得尾气从气缸中排出后不是直接的排入空气中，而是进入催化反应器中，在催化剂作用下，将一氧化碳和氮氧化物氧化成二氧化碳和水，减少尾气中有毒有害气体对大气的污染[8]。

　　总体来说，我国在大气污染治理方面取得了一定的成效，但是仍然不可有所松懈，仍应继续开发和研究很多环保的技术方法来治理大气。

　　1.2.2水污染治理技术

　　水是生命之源，洁净的水资源对于人类的生存和发展起着很重要的作用，因此，水污染治理问题刻不容缓。目前水污染治理的技术有物理法、化学法和生物法，其中最常用的是生物法[9]。

　　常见的生物技术有好氧活性污泥法、生物膜法、厌氧处理法。所谓好氧活性污泥法就是利用含有大量好氧微生物的活性污泥，在强力通风条件下使污水净化的生物技术。

　　生物膜法则是一种以生物膜为净化主体的生物处理技术，该技术相比较活性污泥法而言，具有生物浓度大、动力消耗小等优点，但处理水质不如活性污泥法好，所以常将二者结合使用。厌氧处理法与好氧活性污泥法不同，该方法是在缺氧条件下，利用厌氧性微生物（包括兼性）分解污水中有机质的方法。虽然各项技术的应用原理有所不同，但是都有一个共同的目标就是治理污水，保护水环境[10]。

　　1.2.3土壤污染治理技术

　　众所周知，现如今，土壤的污染和破坏已经到了一个非常严峻的地步，如何治理和修复土壤成为当下不得不面对的问题。现有的土壤有机物污染治理技术有：物理治理技术、化学治理技术、微生物治理技术和植物治理技术。物理治理技术又包括挖掘填埋法和通风去污法。挖掘填埋法很常见，操作也很简单，不过费用昂过，而且未能从根本意义上达到清除污染物的目的，它只是将污染物进行了一次转移。通风去污法对有关石油泄漏导致的土壤污染治理十分有效，其去污原理是当污染物泄露后，能够使其在土壤中进行横向和纵向的迁移，考虑到有机污染较强的挥发性，因此该方法的实验选址比较有限，不过受污染的地区是无法迁移的，所以只有在改地区打井引发空气气流流经该区域。该方法去污效果较高，并且所耗费的成本不到挖掘填埋法的十分之一，治理速度却有5倍之快。化学方法又有化学焚烧和化学清洗法。法学焚烧法虽然能够达到去污的目的，但是在去除污染物的同时却破坏了土壤的物理性质，使得土地没有办法得到更好的利用。化学清洗法是指用一定的化学溶剂清洗污染物，使污染源从土壤中脱落出来，从而达到治理土壤的作用。微生物治理法有着物理治理法和化学治理法无法匹敌的优点，微生物治理法处理费用低，治理效果好而且处理方法操作简单，可以就地处理。总之，土壤污染日益严重，治理技术也在一天天的发展[11]。

　　宇宙之大，人们需要的是一片洁净的土地，一丝清新的空气，一口甘甜的清泉，一个美丽的地球家园。但是，从国内外的环境污染现状来看，地球家园已经遭受了严重的污染和破坏。保护环境人人有责，并且环境污染问题已经不是地方性问题，其已经上升为一个全球性的问题，越来越多的技术都被用于治理环境，可见，治理和保护环境刻不容缓。本论文主要研究生物质炭的制备以及其在环保方面的应用前景，主要包括其在大气污染治理、水污染治理、土壤污染治理以及农业方面的应用。制备生物质炭是一个废物资源化利用的过程，制备成本较低，资源利用率高，有很多的学术家已经开始探讨和研究生物质炭的应用前景，也有很多的制备生物质炭的实验在进行，本研究旨在探讨如何利用废物资源化的制备生物质炭及其吸附作用，进一步研究生物质炭在环保方面的应用，为环境保护作用一点绵薄之力。

　　在众多的污染治理材料中，生物质炭可谓是低碳经济下的首选，其制备材料多种，制备成本低，再生利用率高。从理论上来说，主要是含有碳元素的有机质都可以作为制备生物质炭的原材料，但是，从经济学的角度来看，用淀粉等生产制备生物质炭则成本太高，因此利用碳含量较高的固体废弃物例如秸秆、稻草、林木采伐废枝、果皮、蓝藻、牛粪等作为原料制备生物质炭不仅避免了环境污染的问题，而且可以生产新的能源，是一种废物资源化的良好途径[12]。

　　植物类废弃物主要有秸秆、稻草、米壳、蓝藻、树枝，这些废弃物大多含有丰富的碳。目前，人们处理植物废弃物的主要方法就是燃烧，这不仅污染了空气，还浪费了资源。因此，可以用这些废弃物生产生物质炭，并对制成的生物质炭进一步利用，用废物资源化来保护环境[13]。

　　众所周知，2007年，我国太湖发生了蓝藻爆发事件，蓝藻污染导致饮用水出现严重匮乏，由此可见蓝藻污染已经成为人类无法逃避的问题。蓝藻的主要成分是碳水化合物、蛋白质和脂类，微藻类脂类含量较高，适合于生产生物燃料，而大分子藻类脂类含量较低，且繁殖速度非常快，因此可以用来制备生物质炭[14]。

　　另外，以沥青焦、煤沥焦以及氧化沥青为原料，采用KOH活化也可以制备高比表面积的生物质炭。

　　综上所述，目前的研究均以富含碳的物质，如秸秆、稻草。树枝、草、蓝藻等植物类废弃物，粪便、剩余污泥等有机质废弃物，在低氧环境下低温裂解后得到生物质炭。利用这些废弃物制备生物质炭，很大程度上避免了能源浪费，在当今能源危机的背景下变得非常有意义[15]。

　　生物炭是一种碳含量极其丰富的木炭。木材、草、玉米秆或其它农作物废物在低氧环境下，通过高温裂解制备得到生物质炭[16]。科学家们口中的“生物炭”是由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭。它的理论基础是：生物质，不论是植物还是动物，在没有氧气的情况下燃烧，都可以形成木炭。生物炭是一种经过高温裂解“加工”过的生物质[17]。裂解过程不仅可以产生用于能源生产的气体，还有碳的一种稳定形式–木炭，木炭被埋入地下，整个过程为“碳负性”（carbonnegative）。生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤。事实上，大部分肥沃的土壤呈现黑色的原因就是因此该土壤内含有丰富的碳元素，由此可见生物质炭不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。有关研究发现，生物质炭同时还可以提高农作物的产量，减少对碳密集废料的需求量[18]。

　　生物质经过炭化后与木炭相似，其特点是耐降解，可提高土壤碳库容量，有利于减少温室气体的排放。同时生物质炭具有很大的表面积，有较强的持水性、吸附性。在一定条件下，对土壤施加含炭的肥料可增加土壤阴、阳离子交换量、吸附氮、磷及矿物离子，减少养分损失，在一定施加范围内，普遍能增加作物生物量和产量，因此认为生物质炭还田是提高土壤肥力、增加碳封存时间的有效途径[19]。活性炭绝大多数是非结晶性物质，它的构成是由微细的石墨状结晶以及将其联系起来的的碳氢化合物[20]，固体部分之间的间隙形成孔隙，赋予活性炭特有的吸附功能。一般认为活性炭的孔由大孔、中孔和微孔组成，大孔孔径为50~2000nm，中孔为2~50nm，微孔孔径小于2nm[21]。

　　生物质炭又称为生物炭或者生物质焦，是由植物在完全或部分缺氧的情况下高温炭化的反映下产生的一种高度芳香化难熔性固态物体，属于黑炭的一种类型。常见的生物质炭包括竹炭、秸秆炭、稻壳炭等。而人们日常所说的木炭，是木材或木质原料经过干燥、蒸馏所残留的深褐色或黑色多孔固体燃料，是保持木材原来构造和孔内残留焦油的不纯的无定形炭[22]。木炭的生产原料是真贵的森林资源，加之工艺传统，所以其价格昂贵，主要应用在工业上。而生物质炭的生产工艺相对简单，原材料来源广泛且价格低廉，为其广泛的应用提供了可能。并且，生物质碳与木炭相比，具有以下优点：①代替木材烧制的炭，保护森林资源，维护生态平衡；②以废弃物为原料，变废为宝，化害为利，综合利用，减轻对环境的污染；③原料取之不尽，用之不竭，年复一年生长，廉价甚至无价；④热值高，放热时间长；⑤无毒、无味、无烟。目前制备生物质炭的方法有很多，其中包括：气体活化法、化学活化法和化学物理活化法等。气体活化法的定义就是让经过炭化反应后的生物质炭制备原材料即碳材料和活化气体发生反应以达到形成很小的孔隙颗粒的过程，水蒸气和二氧化碳是最常见的两种活化气体。研究发现，活化反应发生时加入金属催化剂有利于气化反应的提高，可以增加活性炭的产率；尤其是碱金属的碳酸盐作为二氧化碳活化气体的催化剂效果更加明显。

　　就目前而言，世界上70%以上生产生物质炭的厂家都采用气体活化法。同时，我国主要也是采用气体活化法生产生物质炭滤料，其活化方法对环境污染小，因此其是依靠氧化碳原子形成孔隙结构，所以用这种方法生产生物质炭的收率不高，且活化温度较高，需先进行炭化再活化。

　　与之不同的是化学活化法，其工艺特点是活化温度低，可以对产品的内部孔隙结构进行调整。其过程是炭化活化一次性完成，有利于较小的碳微小晶体的形成，更易于形成细的孔隙结构，这种方法可以制备出孔隙更好，吸附性能更强的生物质炭，相对于气体活化法，生物质炭的生成率更高。但是，化学活化法也存在一定的弊端，其对化学设备的腐蚀性很大，会对环境造成污染，而且制备得到的生物质炭中很有可能残留化学药品活化剂，在使用方面受到了一定的限制[23]。

　　化学活化法的定义是将制备原材料按照一定的固液比与化学药品反应，在适应的温度下炭化得到生物质炭的过程，常见的化学药品有氯化锌、磷酸和碱，实验室首选磷酸。

　　因为磷酸法生产活性炭相比较其他化学药品而言，具有污染小且产量大的特点。磷酸法炉温在400~500℃，工艺温度适中，操作起来更安全。以下是磷酸和氯化锌的一个比较，更加证明了磷酸的益处。

　　

　　分析表1得知，磷酸法虽然有很多优点，但是存在一个缺点就是灰分高，不过这完全不会影响磷酸法产品得率高、成本低、污染小等特点，因此，磷酸法制备生物质炭已经广泛地被越来越多的厂家利用[24]。

　　2.4.1实验仪器与试剂

　　蓝藻（从无锡太湖流域打捞获得）、坩埚、磷酸、马弗炉、真空干燥箱、研钵、筛、干燥、皿、烧杯

　　2.4.2实验方法

　　（1）将新鲜的蓝藻在阳光下自然晒干，再放置在真空干燥箱中加以烘干，然后在研钵中将其粉碎至2mm-5mm，储存于密封袋中备用。

　　（2）分别取5g研磨后的干燥蓝藻于100ml烧杯中，分别用40%、50%、和60%的磷酸（H3PO4）溶液按照1:4和1:5的固液比浸泡，即六组烧杯。浸渍24h。

　　（3）将浸渍均匀的试样放在加热器上加热，蒸发部分的溶剂，在放入马弗炉中炭化，按20℃/min的升温速度升温至600℃，活化一定时间制得活性炭。

　　（4）先用（1+9)的盐酸溶液充分洗涤冷却后的用蓝藻制备得到的生物质炭，促使其中的氧化物和杂质充分溶解，再用80℃左右的去离子水进行反复洗涤至中性，过滤，然后放入电热恒温鼓风干燥箱中在105℃下烘2h，冷却后用研钵充分研磨并过筛，用样品袋装好，放入干燥皿中备用。

　　2.4.3实验结果与讨论

　　炭化温度均为600℃，碳化时间为2h。

　　实验结果表明，5g蓝藻与50%的磷酸溶液以1:5的比例混合后反应，制备得到的生物质炭的量最多。这表明，蓝藻可以通过一定的化学方法制备生物质炭，但是合适的比例更能够制备得更多的生物质炭，废物资源化利用率得到提高，也减少了蓝藻对水体的污染。在试验中，应该避免磷酸溶液挥发到空气中，污染空气。

　　废物资源化利用制备生物质炭对环境的污染很小，最大程度地体现了环保的理念。不仅如此，生物质炭在环保方面也有很大的应用，尤其是水污染处理、大气污染治理、土壤污染治理，并且生物质炭在农业应用上也有很大的贡献。

　　3.1.1生物质炭在水处理方面的应用

　　我国水资源匮乏，人均淡水占有量大大低于世界平均水平，并且污染严重，78％的城市河段不适宜作饮用水源，50％的城市地下水受到污染[25]。城市生活饮用水水源受污染程度日益加剧导致原水中有毒有害化学有机污染物的含量正逐年上升。据有关报道显示，我国主要城市饮用水源中，上海检测出有机物700多种，天津200多种，就连水质较好的北京市也检测出50多种有机物[26]，这给饮用水处理带来了极大的困难，饮用水中微污染物的存在正威胁着人们的健康[27]。目前，我国城市自来水厂常用处理过程：混凝、沉淀、过滤、消毒，生产的饮用水在在饮用水的水质保证方面有重要作用，但是它却不能有效地去除水源水中微量可溶性有机污染物，并且其氯化消毒工艺过程中又产生了许多卤代有机物，这些物质中含有很多的致癌物质，危及饮用者的健康。因此传统的氯氧化消毒工艺已远远不能满足处理微污染水体的要求，新型处理工艺应时而生。目前已经开发研究的用于水的深度处理的方法有很多，有活性炭吸附法、臭氧一生物活性炭法、光化学氧化法、膜分离法等[28]。深度处理的主要手段之一生物质炭。处理过程中使用的生物质炭的形状主要呈现粉末状和颗粒状。近阶段，常见的研究领域有：臭氧-活性炭法在饮用水深度处理中的研究与应用；臭氧-生物活性炭法在饮用水深度处理中的研究与应用；粉末活性炭吸附处理短期及突发性水质污染的研究与应用[29]。

　　不仅饮用水受到的污染值得重视，相比较工业废水而言，饮用水的污染可以算是小巫见大巫了。工业废水包括染料废水、制药废水和含油废水。制药废水的主要特点是制药废水的主要特点是:含有丰富的有机物种类、且有机物的浓度很高，颜色很深，而且废水中可能含有很多的难讲解的物质。经研究发现，生物活性炭氧化过滤器系统能够有效的治理制药废水，经处理后，废水中COD去除率达到70%以上。而且原本的制药废水经生化处理后排入水体中，对鱼类有很大的毒性，不过，经过生物活性炭氧化过滤器系统处理过得出水，就没有毒害作用了[30]。

　　3.1.2生物质炭在土壤污染治理方面的应用

　　近年来，随着土壤污染的逐渐加重以及食品安全问题的频出，生物质炭作为重要的土壤改良剂以及对污染土壤修复表现出的巨大潜力引起人们的广泛关注[31]。据有关实验显示,，如果生物质炭存在于土壤中，则可以保持土壤中的N、P和K等元素，因为生物质炭具有疏松多孔的性质而且具有较大的表面积和阳离子交换量，所以可以增加土壤水的持水量，减缓水分渗滤速度，降低营养元素的流失程度，同时可以改善土壤性质，吸附有机物，降低生物质炭的生物有效性和迁移转化能力[32]。Laird等[33]做的实验表明生物质炭是减少养分淋洗的土壤改良剂。生物质炭不仅可以改良土壤性质，同时对受污染的土壤的修复有很大的作用，尤其受重金属污染的土壤。土壤是人类生存的基础，但是目前，我国的土壤受到了严重的污染。造成土壤污染的原因有很多而且也很复杂，通常是有机污染和无机污染共同存在，污染范围很广，因此治理难度很大[34]。目前，已经可以应用的土壤的修复方法有物理修复、生物修复、化学修复及其联合修复[35]。

　　化学修复和物理修复都是通过热脱附、微波加热、蒸汽浸提、土壤固化-稳定化技术等等，这种方法过程复杂，费用高，而且化学修复可能产生毒性更大的副产物，对环境造成进一步污染。而生物质炭修复土壤则是一种绿色的处理方法。研究发现[36]，生物质炭具有多孔结构，且其表面具有丰富的含氧官能团，这些特点使其对土壤中的有毒物质有很强的吸附效果，可以减少毒素在土壤中的积聚。重金属污染土壤是很常见，也是很难治理的一种污染元素，由于其在土壤中存留着较长的时间，而且移动性差，无法被微生物讲解，并且可能通过水源危害人类的健康。诸多研究表明，生物质炭对土壤中的重金属Cu、Hg、Ni、Cr等都有吸附作用。据有关报道显示：世界上可耕种的土壤面积百分之三十是酸性土壤，然而这种土壤在这种酸性条件下，会加强铝元素对植物的毒性作用，危害植物的生长。而生物质炭富含大量的碳元素，因此呈现碱性，将其施加入土壤中，可以改良土壤、提高土壤的pH值，减轻铝的毒性[37]。

　　3.1.3生物质炭在大气污染治理方面的应用

　　生物质炭是一种纯天然的吸附剂，其特点是体积小，但是却具有很强的吸附能力，又因为生物质炭的碳颗粒之间有很强的“吸引力”，也就是结构十分的紧凑，所以生物质炭还有一个明显的特点就是稳定而且具有很好的净化能力[38]。生物质炭对大气污染主要治理技术就是吸附作用，其吸附的大气污染物种类也是多种多样的。生物质炭在大气污染治理中所扮演的另一个重要的角色就是催化剂，因为生物质炭与污染物载体之间存在着巨大的络合物，这些络合物使得生物质炭的催化功能达到最大[39]。生物质炭发达的微孔结构、良好的吸热性和耐热性也是不可以忽略的。除了这些很好的物理性质以外，生物质炭的化学性质也很好，吸附并不仅仅是物理性质，也可以变现为化学性质，它可以与很多化学元素产生氧化反应，借此使毒性很大的化学气体转化为对大气没有影响的气体。众所周知，现如今的化石能源的利用过程大多是数是燃烧过程，也就无疑是一个碳排放的过程，据统计，每年全球因为化石能源的燃烧而产生的二氧化碳的排放量相当于60多亿吨的碳。然后，二氧化碳是导致全球温室效应的主要因素之一。为了减少二氧化碳的排放量，禁止化石能源的使用是最有效的方法，但是这个方法是不切实际的！随着现代工业的飞速发展，我国大气环境质量整体呈现逐年下降的趋势，这不利于有我国经济的发展，也阻碍了人民物质生活水平的提高。我国大气环境污染主要是由于煤炭的大量非洁净燃烧、汽车燃油蒸发、尾气排放和工业生产过程中挥发物的无控制排放等原因造成的。如何消除这些污染物质，成为环保工作者的工作重心，而活性炭由于其独特的吸附特性和廉价的生产成本在控制减少大气环境污染中渐渐被人们所重视，是目前控制减少我国大气环境污染不可缺少的炭质吸附材料。因此生物能源变得十分有效，TerraPreta土壤研究[40]表明，土壤中的生物质炭可以存在上百年甚至上千年，生物质炭能够有效的固定碳，同时可以将生物质炭作为土壤改良剂渗入土壤中，这样可以固定土壤中的一部分碳元素，减少二氧化碳的排放。同时，生物质炭不仅可以将碳元素封存、压制在土壤中，以达到较少大气中二氧化碳的排放量，而且能够很有效的减少甲烷和氧化氮等气体的肆意排放，这两种气体在温室效应中所起的的危害是二氧化碳的25倍和298倍[41]。因此，利用生物质炭对大气污染的治理可以遏制很多温室气体的排放，减轻全球变暖的趋势，还人类一个更加美好的家园是一件刻不容缓的事情。

　　3.1.4生物质炭在农业上的应用

　　生物质炭在农业上的应用也十分的广泛。生物质炭中富含丰富的有机碳，应用于农业中，可以增加土壤中有机碳的含量，可以提高农作物的产量和质量[42]。良好的物理性质和养分调控作用也是生物质炭的特点，将其施入到土壤中，可以明显促进种子的发芽和生长，提高农作物的产量。Glaser对淋溶土进行了生物质炭的田间实验发现，当生物质炭的试用量为135.2t/hm2时，农作物的产量是原来的两倍；Baronti等也用沙壤土的盆栽做实验，结果发现，当试用量分别为30和60t/hm2时，黑麦草的产量分别是原来的1.2倍和1.52倍，但是，当试用量过多时，比如当试用量提高到100和200t/hm2时，产量就只有原来的80%和30%；其实施加生物质炭并不只有好处，有实验表明，分别添加5和15t/hm2生物质炭时，大豆和玉米就会表现为产量减少，其原因是因为生物质炭呈碱性，施加在土壤中会降低土壤的pH值，以至于降低了磷和微量元素的有效性。因此，生物质炭对农作物增产的应用也要视乎其农田作物类型、土壤类型和性质，以及施加的量而定[43]。同时，生物质炭在农业方面的应用可以促进农业生产的可持续发展。其促进农作物增产只要通过以下3种方式:首当其冲的是通过生物质炭本身的固有元素和组分来改良土壤化学特性；其次是通过改良土壤的物理性质，给植物根系提供足够的营养和水分，促进生长；第三就是提供化学活性表面积，改善土壤中营养物质的变化并且催化其中的各种反应。值得一提的是，多孔的生物质炭还可以增强微量元素的有效性，其可以通过为生活在土壤中的真菌和革兰氏阴性菌提供合适的生存和繁衍环境，借此来提高土壤生物的固氮能力，从而促进植物的生长。另外，生物质炭还有利于土壤原有丛枝菌根菌的生长，促进形成，同时，还为部分微生物提供生活空间，有利于依靠土壤生物改善土壤结构[44]。

　　3.2生物质炭在新能源领域的应用

　　一直以来，我国高速发展的经济都是建立在高污染、高耗能和高排放的能源之上的，是一种非可持续性的发展方式。随着化石能源的污染日益严重，加上化石能源燃料枯竭[45]，积极开发和利用新型能源已成成为当务之急，此时，生物质炭应运而生。生物质能是一种可再生碳源，在环境保护、资源的持续利用方面有些很大的优势，被认为是人类能源和化学燃料的重要来源[46]，具有很大的开发价值。

　　生物质能源技术包括:燃烧、气化、液化、固化等等，这些技术都有其各自的特点，但是在现实的使用过程中，也存在的一定的缺陷，例如:生产成本较高；应用存在一定的局限性；利用效率也较低。虽然制备生物质炭的原材料种类有很多，但是由于大部分生物质都分布在农村，数量大但是却十分的分散，使得收集和加工工作有一定的难度，因此，该产业仍然处于停滞阶段。

　　近年来，沈阳农业大学辽宁生物炭工程技术研究中心经过潜心研究，发明了颗粒炭化炉生产新工艺，从根本上解决了生物质炭制备遇到的难题，他们将农林废弃生物质的收集、储运、炭化的深加工过程，变化成为其在产地就地炭化、集炭异地深加工，彻底解决了集中炭化与农林生物质分散、收集、储运困难之间的矛盾，使农林废弃生物质大规模炭化、利用成为可能。该技术的特点是生产设备较简单、制造成本也不高，而且在生产过程中，几乎不需要再添加任何的附加能源，也不会排除废气、废水和废渣。这项技术也十分的便民，可以小在农村甚至具体到每个农户，大到村镇制炭厂，实现农林废弃物的就地炭化。同时，该项技术生产出来的生物质炭具有燃烧性能好、发热值高、清洁无污染的特点。而且成型的生物质炭煤的堆密度和强度都很高，这有利于产品的储存和运输，且属于可再生能源，能够代替燃气、煤炭等不可在能源，这些能源的应用范围很广，可以用于农村的供热，也可以用于城市发电等。在实际的使用中，生物质炭的燃烧对环境的污染也很小，这也是其作为清洁能源的重要原因之一，炭化生物质燃烧时无烟无味、无污染、残渣少、重量轻、热值高，燃烧与使用性能均优于同类燃料，是可以代替木柴、原煤、液化气等普通燃料的可再生的新型能源，市场开发潜力巨大。

　　3.3.1实验仪器与试剂

　　有机染料活性艳蓝（500mg/L）(利用实验经费购得)、锥形瓶、分光光度计。

　　3.3.2实验方法

　　有机染料活性艳蓝配比：购得的原材料浓度是500mg/l,根据公式得出制备300mg/L的活性艳蓝的方法为:取500mg/L活性艳蓝100mL，加入67mL水震荡摇匀即可。同样，取500mg/L活性艳蓝100mL，加入25mL水震荡摇匀即可。

　　采取批量吸附实验，已对所制备活性炭吸附效果进行研究，并与市场上粉末活性炭及不同蓝藻磷酸比制备的生物炭的对照实验（均称取0.1g活性炭），吸附有机染料活性艳蓝（500mg/L），观察其脱色效果并测试去除率，市场上的粉末活性炭去除率为78%，而本实验以1:5[蓝藻:磷酸(60%)]配比制备出的生物炭成品去除率值为86.4%，吸附效果较佳。选此配比批量制成活性炭，配制一定浓度梯度(300mg/L-500mg/L)的九组活性艳蓝溶液，分别以加入活性炭的质量（0.10g,0.11g,0.12g），充分摇晃1.5h至2.5h，对活性艳蓝进行脱色，对褪色后的溶剂，用分光光度计测吸光度。

　　3.3.3实验结果与讨论

　　

　　分析上表实验数据不难发现，活性炭的质量都是0.1g时，活性艳蓝的浓度越高，污染物去除率越高；当活性艳蓝的浓度相同时，活性炭的质量越多，污染物去除率越高；实验过程中，0.12g的活性炭质量与500mg/L的活性艳蓝反应，效果最佳。得出蓝藻生物炭的吸附最佳条件为（0.11-0.12g活性炭，360-420mg/L活性艳蓝），去除率值范围为90%到95%）。由此可见，利用蓝藻制备生物质炭的前景是可观的，不仅制备成本低，而且产率高，所制备得到的生物质炭的吸附效果也很高。其在废水污染处理上的应用效果很明显。

　　本论文首先简单介绍了我国存在的环境污染现状以及现有的一些污染治理技术。主要论述的是废物资源化利用制备生物质炭，通过阅读大量文献得知制备生物质炭的原材料很多，主要有秸秆、甘蔗渣、牛粪、果皮、蓝藻等等，本次毕业设计采用的是太湖流域的蓝藻。

　　根据毕业设计的实验表明，一定固液比的蓝藻和磷酸溶液反应能够制备得到较高产率的生物质炭。

　　面对日益恶化的环境污染问题，生物质炭也成为了治理环境污染的首要选择。据有关研究和报道显示：生物质炭具有很强的吸附性，在大气污染治理、水污染治理、土壤污染治理和农业上都有很大的用途。同时，生物质炭也作为一种新型的生物质能被利用，该技术不仅可以治理受污染的环境，而且作为能源利用，对环境不会造成污染，是真正的清洁能源。

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　　“不悔梦归处，只恨太匆匆”，来不及感叹时间的流逝，也没有感悟人生的真谛，四年的大学生活已经接近尾声，四年多的努力与付出，随着本次的完成，将要划下完美的句号，所有的不舍和留恋都只能留在心里。从年初开始，我就在导师的指导下，开始了我的毕业设计以及毕业论文的撰写。从最初的外文翻译到开题报告，再到毕业论文，老师都陪伴着我一路走来，由于自己的身体问题，老师也很贴心了为我做了最好的安排，这一点，我十分感谢老师。在我的毕业设计期间，老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的帮助和关怀和熏陶，我不会这么顺利的完成毕业设计。在此向刘廷凤老师表示深深的感谢和崇高的敬意!

　　还要感谢的是实验中心的老师，毕业设计初期，走进熟悉而又陌生的实验室，是实验室的负责老师给了我无私的帮助，提供我许多实验器材使用，并且耐心的指导我和其他许多同学相关器材的使用，陪伴我们完成了毕业设计。还要感谢在实验室帮忙的学弟学妹，是他们利用自己的课余时间来为本次毕业设计的实验做一些简单的准备工作，在此表示由衷的感谢。

　　因为在我的论文中引用了许多的文献，所以我要郑重的感谢那些文献的作者，是你们的专业知识给了我很多撰写论文的灵感。

　　20年的求学生涯，陪我一路走来的是生我养我的父母，从孩提时代的天天接送，到高中时代的夜夜陪伴，父母不仅在经济上给了我最好的学习环境，也在思想上给了我很大的鼓励和帮助。大学四年，一个人生活在外，陪伴我的是父母在电话那头的声声叮咛，每次回家，都能在妈妈脸上看到不经意的笑容，每次离家，看到父母离开车站的背影，都会有莫名的感触。现在的我，无法再经济上回报父母，我知道，他们需要的也不是经济的回报，我只能以优异的成绩回报父母的栽培，以一份安定的工作让父母安慰，父母的养育之恩，只能在以后的日子里用自己的行动去回报了。