研发高效制备高性能生物质基活性炭新方法

近日，我校机械工程学院马培勇副教授研究团队在生物质热解制备炭材料方面取得重要进展。该工作以“Efficient preparation of carbon nanospheres-anchored porous carbon materials and the investigation on pretreatment methods”为题发表在工程技术类国际著名期刊《Bioresoure Technology》上发表。

活性炭材料由于其比表面积高，孔结构可控性强，表面官能团丰富等优点，被广泛应用于废气废水处理、催化及电化学等领域。在“双碳”目标的时代背景下，开发可再生碳资源部分替代化石资源用于碳基材料的制备具有重要意义。通过绿色植物光合作用获得的生物质资源是自然界唯一的可再生碳资源。与传统的煤制炭相比，生物质制炭是一种绿色、清洁的“负碳”技术，能够减少温室气体的排放，实现碳封存。然而目前高比表面积（>1000 m2/g）的活性炭通常需要在高温下对前体进行长时间的活化才能获得，这意味着巨大的能源消耗，这与生物质制炭本身的“负碳”属性相矛盾。探究在温和条件下高效制备高性能活性炭的方法，是由工程实际需求衍生出的重要研究课题。

研究团队以来源广泛的木屑为碳源，采用磷酸水热联合快速活化的方法，在快速升温至450 ℃的较低温过程中实现前体的快速活化，整个活化升温过程仅有2.8分钟，无需额外的活化时间，大大减少了活化过程的能源消耗。获得的碳材料比表面积高达1980 m2/g。研究发现制备的碳材料有较为丰富的微/介孔结构，且碳基底上负载有大量纳米碳球，其与碳层编织在一起，形成三维多孔网络结构。该碳材料对多种污染物均表现出了良好的吸附性能，具有良好的应用前景。

我校机械工程学院硕士生黄瑞毅同学为论文的第一作者，通讯作者为其导师马培勇副教授。本工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等项目资助。

来源：机械工程学院

秸秆生物质炭盐碱地改良技术:降盐改土  强根增产

盐碱土是世界上尚未大规模农业利用的后备土地资源。在水资源可供应的条件下，可进行盐碱土改良来补充日益不足的耕地资源。南京农业大学农业资源与环境研究所潘根兴教授表示，盐碱土不是不毛之地，改良是为了能种植农作物，其本质是改良土壤结构，降低化学盐分，提高植物耐（盐）性。

潘根兴研究团队从2011年开始，分别在江苏、河南、宁夏、内蒙古等地进行小麦、玉米、水稻和向日葵生产的生物质炭改良盐碱地的技术试验和示范。在江苏南通新垦滩涂，采用“秸秆+生物质炭”的组合技术，两年内使土壤盐分由平均1.45%降到0.45%以下，可满足田菁等豆科作物正常种植。在河南轻盐碱地，生物质炭土壤改良剂每亩1～2吨，当年小麦产量由25公斤提升到300公斤。特别是在微咸水灌溉的宁夏银川平罗县水稻产区，应用玉米秸秆炭基肥，水稻增产20%以上。

秸秆生物质炭盐碱地改良技术主要是由生物质炭与炭基有机肥、炭基复合肥及炭基液体肥集成的“一炭三肥”盐碱地改良技术。潘根兴表示，秸秆生物质炭盐碱地改良技术能够达到以下效果：首先帮助土壤快速构建团聚体结构，促进孔隙系统发育，加快盐分的溶移；其次利用秸秆炭化的酸性木醋液的化学作用，消除盐分、降低碱度；最后，通过上述两者的共同作用，土壤中可以发育出盐分少、碱度低和富有机质的微孔隙系统，促进根的分化和生长，提高植物抗逆性。

“生物质炭基肥中含有的可溶性小分子有机物质对种子的发芽以及幼苗根系的生长具有明显的促进作用。”南京农业大学农业资源与环境研究所教授李恋卿表示，团队所做的轻度、中度盐碱地改良试验显示，采用秸秆生物质炭改良技术作物的出苗率和成苗率有所提高。同时，施用生物质炭基肥可提高作物的养分利用率，以减少化肥的用量，还可提高土壤微生物多样性及酶活性，从多方面提升盐碱地土壤地力，促进作物生长。此外，生物质炭在土壤固碳及温室气体减排方面也表现出明显的作用。总体来看，在盐碱地上通过生物质炭集成改良技术可达到“降盐、固碳、改土、促生、强根、增产”的效果。

 “接下来，我们将进一步进行生物质炭盐碱地改良技术的集成、推广和示范，希望通过这项技术建立盐碱地炭基循环生态农业技术体系。”李恋卿说。