农业固体废弃物的资源化利用实验（1） ---农业固体废弃物的碳化处理实验
一、实验目的
我国农业废物的种类非常丰富，秸秆类年产量约为6-7亿吨，其中稻草秸秆、玉米秸秆、花生壳和稻壳所占比重很大，玉米秸秆年产量占全国秸秆总产量的五分之一多，稻草秸秆约 1.8 亿吨，稻壳约 4000 万吨，花生壳年产量接近 200 万 吨。这些农业废物绝大部分作为生活能源燃烧后还田，或者就地燃烧还田，其资 源化利用较低。为了赋予秸秆更高的使用价值和更多的利用途径，对秸秆进行深 度加工成高附加值产品，不仅可以有效利用该废物资源，而且可以减少其对环境 的影响并能产生经济和社会效益。
秸秆类的高温碳化处理是其中一种常用的资源化方式。秸秆经碳化处理后形成生物炭/活性炭，对很多物质具有非常强的吸附能力，不仅可以用于还田以固定土壤中的组分，减少营养物质的流失的同时固定土壤中的有害物质，如重金属等；而且，可以用于污水的处理过程中，为污水中污染物的去除提供一种非常好的吸附剂。
基于以上考虑，本实验采用稻杆或稻壳进行高温碳化处理以生产生物炭。其实验目的如下：
（1）了解我国农业固体废物的现状；
（2）了解农业固体废物的碳化处理方法；
（3）学会实验设计方法，并顺利开展相关实验工作。 二、实验原理
碳化是指固体或有机物在无氧条件下加热分解的反应过程或加热固体物质来制取液体或气体（通常会变为固体）产物的一种方式。本实验中采用高温管式炉在氮气保护条件下对稻杆或稻壳进行碳化处理；对碳化过程中产生的气体进行收集和处理，对产生的固体部分（生物炭）进行收集、并对其组分进行测定分析。 三、实验仪器及试剂 1. 实验仪器
（1）秸秆粉碎机 （2）筛子
（3）高温管式炉（配氮气钢瓶） （4）瓷舟
（5）电子分析天平 （6）烘箱 （7）马弗炉
2. 实验试剂及材料
本实验中采用稻壳或秸秆作为碳化对象。 四、实验步骤 1. 预处理
取秸秆，105℃下烘干至恒重，粉碎至一定粒度，备用；或者取稻壳进行烘干，备用。
2. 生物炭制备
取一定质量的物料放入瓷舟或者坩埚中，置于箱式电阻炉中，通氮气，排出炉管中的空气并保持一定的流量。先调节温度至 100℃，碳化 1.0 h，再升温至目标温度（250、350、450 和 550℃）碳化 2h，使秸秆受热均匀、碳化充分。碳化结束，待生物炭自然冷却至室温后取出，称重、碾碎、过筛、储存于干燥器中、备用。将碳化温度为 250、350、450 和 550℃的生物炭分别标记为 C250、C350、C450 和 C550。 3. 数据采集与处理
将实验中采集到的数据记录如下： 碳化温度℃ 碳化时间 h 瓷舟重m0(g) 瓷舟+秸秆重mi(g) 19.1973 20.2803 T2 350 2 T3 450 2 T4 550 2 21.3102 21.7493 21.1642 19.2564 20.0152 19.6413 19.8611 20.8624 21.9205 22.2929 21.7533 19.8606 20.6986 20.1762 物料初重 碳化后瓷舟m1(g) +秸秆重mt(g) 19.5026 20.5428 21.5604 21.9721 21.3763 19.4739 20.2339 19.8126 碳化后重 生物炭产m2(g) 率% T1 250 2 0.62295 0.57695 0.59665 0.60915 0.2839 0.2365 0.2148 0.1950 45.57 40.99 36.00 32.01
生物炭产率(%) =（m2/ m1）×100
从图中可知，生物炭产率和碳化温度呈线性关系，即随碳化温度的升高，生物炭产率越来越低。 五、注意事项
1. 高温管式炉一定要按照规定要求进行操作，注意用电及操作安全。 2. 在整个碳化过程中炉管中一直通氮气，并保持一定的流量。 六、思考与讨论
1. 对农业废物进行碳化处理能起到什么样的资源化意义？
答：对农业废物进行碳化处理可以使废弃的秸秆类物质形成生物炭/活性炭，生物炭对很多物质具有非常强的吸附能力，不仅可以用于还田以固定土壤中的组分，减少营养物质的流失的同时固定土壤中的有害物质，如重金属等；而且，可以用于污水的处理过程中，为污水中污染物的去除提供一种非常好的吸附剂，从而达到资源化的效果。
2. 观察不同碳化温度下物料的碳化产物有何不同？
答：温度较低时，产生的生物炭化固体产率越高，温度较高时，产生更多的交友和煤气。碳化温度到700摄氏度时，碳化物的化学结构就从主要是脂肪族及含氧化合物所构成的状态开始转变成SP2碳组成的六角碳网平面平行堆积的集合体状态。
农业固体废弃物的资源化利用实验
