水热炭中可溶性有机质的释放潜力研究
摘要：水热炭化法是一种低能耗、高效率的生物质资源化技术，水热炭化法制备的水热炭由于其比表面积大、孔隙度大及含氧官能团丰富的特点，在改良和修复土壤方面有良好的应用前景。将制备的水热炭进行还田，其释放到土壤中的DOM，影响着土壤养分的循环以及微生物活动，对水热炭中DOM的释放潜力研究将成为后期还田产生的环境效应研究的理论依据。
关键词：水热炭 农业应用 可溶性有机质 释放潜力
1 水热炭
1.1 水热炭的起源与特点
由于世界人口的激增和工业的迅速发展，导致了巨大的能源和资源的消耗和环境污染问题，生物质的高效转化和利用引起了越来越多的重视。生物质作为一种可固定碳的可再生资源，在自然界中来源广泛，我国农、林、畜牧业的废弃生物质资源量巨大，将生物质资源化，在土壤改良，缓解全球变暖，减少碳排放和实现可持续发展方面都有重要作用[1,2,3]。
生物炭的发现源于亚马逊地区的“黑土”，这种土壤与其周围贫瘠的土壤相比，能显著提高农作物的产量。生物炭的制备主要分为高温热解法和水热炭化法，其中，水热炭是用水热炭化法制备的一种生物炭，指以生物质为原料，以水为溶剂，在180-260 ℃的反应温度以及自生压力条件下合成的富含碳的产物。水热炭具有比表面积大，孔隙度大，含氧官能团丰富，且往往呈酸性的特点[4]。
1.2 水热炭的制备过程
水热炭化法(Hydrothermal Carbonization Technology，HTC)是一种将生物质原料转化为高含碳量固体和高附加值液体的热化学处理方法[3]。整个过程需要水的参与，生物质需在反应温度为180-260 ℃、压力为2—6 MPa的高压反应釜密闭系统中经过5-240 min的热化学反应[3]，包括水解、脱水、脱羧、缩合、聚合和芳构化等一系列反应，产物有固体、液体、气体，固体为生物炭，液体为生物油，气体主要是小分子CO2[2]，制备出来之后，进行烘干。反应时间和温度是水热炭化化反应过程中最主要的影响因素，除此之外，生物质原料自身性质、反应釜内压力、pH也都影响着水热炭化反应过程[5]。直接制备的水热炭吸附性能并不是十分优良，为了更好的提升水热炭的功能，还可以在制备过程中添加其他材料进行改性。从水热炭的结构着手，为了提高水热炭的吸附能力，可以加入酸、碱、盐或氧化剂等增加水热炭的比表面积和孔隙度，或者直接对水热炭表面的官能团进行改性；从理化性质着手，可以通过加入磁性材料、金属纳米颗粒等制备出水热炭磁性复合材料，主要作用是利用磁性从水溶液中分离[3,6]。
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