BIOCHAR | 猪粪和木质素共热解过程中挥发分相互作用对于半焦性质影响机制研究
近日，济南大学胡勋教授团队的研究成果以“Cross-interaction of volatiles from co-pyrolysis of lignin with pig manure and their effects on properties of the resulting biochar”为题，在线发表于在线发表于生物炭研究领域国际权威期刊BIOCHAR 上。。论文第一作者为博士生李超。
我国是农业和养殖业大国，每年会产生大量的生物质和粪便废弃物。其中，猪粪是一种产量巨大且具有潜在环境危害的固体废弃物，通常含有大量无机物和含氮有机物等。相比之下，生物质灰分少、含氮量低。因此，猪粪与生物质共热解可以改善猪粪热解产物的燃料品质。然而，猪粪与生物质共热解过程中可能存在的挥发分之间相互作用机制尚未完全阐明。
本研究通过选取木质素作为生物质中的模型组分与猪粪进行共热解，通过多种表征手段，探究木质素与猪粪裂解挥发物相互作用对产物分布及性质的影响，尤其是对半焦性质的影响进行了系统的研究。
研究发现，木质素热解产物与猪粪热解产物之间的相互作用促进了生物油的二次聚合反应，并且促进了生物炭和生物油中具有π键共轭环结构的重质有机物的生成。共热解也促进脱氢和脱水反应,提高了半焦的含碳量、热稳定性和结晶度(图1)。此外，利用原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)研究了共热解过程中半焦表面官能团的演化过程，结果表明，挥发分的交互作用显著影响半焦的官能团的丰度和类型(图2)。共热解过程中，挥发分的相互作用促进了脱水反应的发生，生成更多的羰基基团，而羰基在较高温度下通过脱羰等方式生成了较多的CO和CO2等。另外，温度升高促进了芳构化反应和脱氢反应。了解半焦在升温过程中官能团演化机制，对于调控半焦表面性质，进一步制备功能碳材料有重要意义。
图1 木质素和猪粪共热解中交互作用对于半焦性质的影响
该研究成果受国家自然科学基金资助项目和山东省泰山学者资助项目。
论文链接：
https://doi.org/10.1007/s42773-021-00086-2
BIOCHAR于2019年3月创刊，期刊编委会由生物炭领域世界知名专家组成，沈阳农业大学陈温福院士担任主编，美国阿肯色大学李延斌教授和沈阳农业大学孟军教授担任执行主编，中国农业大学张福锁院士、中国林业科学研究院蒋剑春院士、韩国高丽大学Yong Sik Ok教授、德国伍珀塔尔大学Jörg Rinklebe教授、佛山科学技术学院王海龙教授、美国马萨诸塞大学邢宝山教授共同担任副主编。
期刊涵盖农业科学、环境科学、材料科学等领域，下设生物炭制备、生物炭材料、生物炭与可持续农业、生物炭与生态环境、生物炭与气候变化、生物炭与农村发展等栏目，接收综述、观点、原创研究、快报、短评等文章。
创刊至今，BIOCHAR坚持高水平、国际化、严标准的办刊策略，得到了国内外同行学者的广泛认可。2020年7月，期刊成功入选中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目，并先后被Scopus以及SCI等多家国际知名数据库收录。BIOCHAR作为全球第一本生物炭领域期刊，将为推动相关学科发展起到积极的作用，并将有助于我国相关领域的国际影响力的提升。
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