黑炭
燃料
黑炭,俗称软炭,又称土窑炭,简称BC。表面纯黑或带有可被吹落的白色粉末的木灰。炭化终了时使火炽的木炭在窑内断绝空气消火而成。硬度小,敲击发瘖哑音,质地松软。容易着火,但灰化很快,不能耐久,火力也弱。
名词起源
黑炭一词较早见于Tryonlvl1948年的报道,其报道中研究了黑炭对森林土壤某些物理、化学及生物性质的影响。
黑炭(Black Carbon,简称BC)是化石燃料和生物质在缺氧条件下热解炭化产生的一类高度芳香化物质。
来源与特点
黑炭原料产地:主要以软阔叶薪炭材为主。由于树种的不同可分为:价格昂贵的茶道炭、枝炭、竹炭和其他廉价民用黑炭。茶道炭、枝炭主要产于森林资源丰富的东北三省,以柞木为原料,烧制工艺和挑选极为讲究。其他廉价民用黑炭主要产于安徽、浙江、河南等地,以榆、椴、柳等木为原料。以价格便宜烧制简单而得到普及,但由于国家环保政策和行业利润等原因,该行业已经越来越少了。
特点:优点易点燃;缺点易发爆、不耐烧、燃烧时有烟等。
组成成分
黑炭组成成分包括芳香族、脂肪族化合物,官能团主要有梭基、碳基、苯环等;稳定的黑炭主要以芳香族为骨架的环状结构,也有脂肪族链状结构存在。
黑炭的元素组成主要包括碳、氢、氧、钾、钙、钠、镁等,元素最终组成由炭化温度决定;另外,黑炭的组分还受其来源(前身生物质)原料粗细程度、升温速率、灼烧温度等的影响。
稳定性
黑炭的高度芳香化结构使其比其他形式的有机碳具有更高的生物化学及热稳定性,因此能长期保存在土壤中而不易被矿化,其分解速率慢,存在时间可达数百年甚至上千年之久。
理化性质
黑碳(BC)是化石燃料和生物质不完全燃烧生成的具有高度芳香化结构的含碳颗粒物,元素组成以C为主(占60%以上),其次为H、O、N、S,它在环境大气圈、水圈生物圈、土壤和岩石中无处不在,全球每年产生的BC主要源于生物质燃烧
黑碳表面具有不均匀性,大部分碳原子所形成的石墨状微晶是无规则排列,为典型的非石墨化碳结构。研究表明BC具有多孔性和高比表面积以及丰富的的表面官能团,对有机化合物有较高的亲和力从而对农药有很强的吸附作用,同时BC对生物利用和自然系统中污染物的迁移有着重要的影响。
黑炭的物理、化学特征与制备温度和时间有密切联系。随温度升高、时间增加,黑炭的产率、挥发性物质含量降低,但C、P、K含量增加;黑炭产率随温度升高而降低。
黑炭的微结构表明随着温度升高黑炭的破裂程度加剧,且其疏松多孔结构会遭到破坏,但表面积增大。
黑炭对环境的影响
黑炭颗粒在大气中形成的黑炭气溶胶污染,对全球气候、农业生产、建筑物甚至人类健康都有所危害。这些纳米尺度的黑炭颗粒物不仅可随大气扩散,引发呼吸道疾病,而且可在大气干湿沉降作用下进入水体和土壤环境,进而影响污染物在水体和土壤中的迁移和转化。
有研究发现黑炭对土壤中有机污染物的吸附扮演重要角色,可增强土壤对磺胺甲嘧啶的吸附能力,且黑炭对疏水性有机污染物具有很强的吸附亲和力,在土壤中对磺胺甲恶唑,五氯苯酚等都有很好的吸附能力;此外发现黑炭吸附四环素主要通过离子交换,表面络合及π-π键实现的。与此同时环境中存在大量的腐殖酸,进入到土壤中的黑炭会与腐殖酸发生一定的界面作用,从而形成黑炭腐殖酸的复合物,这种复合物对抗生素在环境中迁移转化的影响及机制尚不明了。
最新修订时间:2022-08-25 17:32
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来源与特点
参考资料