控氧热解过程中污染稻草生物炭的组分特性及其重金属累积特征

热解是实现重金属污染生物质无害化资源化的重要手段之一.以重金属污染稻草为原料,研究了控氧热解生物炭的组分特性及其重金属的累积特征.结果表明,低氧热解可有效利用污染稻草制备生物炭,提高重金属在生物炭中的稳定性.氮气氛条件下,稻草生物炭产率为29.4％～34.9％;可溶性有机质(DOM)以类腐殖酸物质为主,其芳香化指数(SUVA254)随热解温度升高呈先升后降趋势;生物炭中Ca主要以CaCO3形式存在.与氮气氛相比,10％和20％(体积分数,下同)氧气氛条件下生物炭(热解残渣)的产率分别降低5.6％～13.5％和14.9％～15.7％,但pH值提高0.5个单位以上;有氧气氛加速了热解过程中木质素组分的降解,生物炭中DOM的SUVA254值随热解温度升高逐渐降低.随热解气氛中氧体积分数提高,DOM中类腐殖酸物质向类富里酸物质转化;生物炭中Ca以CaO形式存在,这可能是导致生物炭pH值升高的原因之一.与氮气氛相比,10％氧气氛和400℃条件下,生物炭中Cu、Cd、Pb、Ni和As的可交换形态占比降低了5.2％、3.7％、1.7％、0.8％和0.7％,重金属在生物炭中的稳定性提高.结果表明,在10％氧气氛和400℃条件下能较好地将重金属稳定于生物炭中.自然条件下热解污染稻草过程中适当引入氮气(控制氧体积分数在10％)即可获得较高的生物炭产率及重金属稳定性,为有效实现污染稻草无害化资源化提供了一种经济可行的技术原型.