炭化溫度和時(shí)間對(duì)不同廢菌棒生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響

李思葦 sarfrazRubab 楊文浩 毛艷玲 周碧青 邢世和

摘要：【目的】生物炭的表面性質(zhì)與其表面的官能團(tuán)密切相關(guān)，探討不同制備條件對(duì)不同材料廢菌棒生物炭結(jié)構(gòu)特征的影響可為廢菌棒的資源化有效利用提供依據(jù)。【方法】以海鮮菇、秀珍菇、銀耳的廢菌棒為生物質(zhì)原料，采用限氧裂解法在不同溫度（400、500、600、700℃）和不同時(shí)間（1.5、2.0、2.5、3.0h）下制備生物炭，采用傅里葉紅外光譜法（FTIR）對(duì)不同廢菌棒生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行表征。【結(jié)果】隨著炭化溫度的升高和炭化時(shí)間的延長(zhǎng)，3種菌棒生物炭蛋白質(zhì)中C=O、C-N、纖維素中C-O-C、脂肪烴中-CH3和-CH2基團(tuán)的相對(duì)含量都隨之減少;苯環(huán)中的C-H官能團(tuán)相對(duì)含量隨之減少，C-C官能團(tuán)相對(duì)含量隨之增大，且在700℃，炭化3.0h條件下達(dá)到最大。在相同制備條件下，海鮮菇菌棒生物炭含氧官能團(tuán)吸收峰峰強(qiáng)最強(qiáng)，銀耳菌棒生物炭最弱;秀珍菇菌棒生物炭苯環(huán)c—c吸收峰峰強(qiáng)最強(qiáng)，銀耳菌棒生物炭最弱?！窘Y(jié)論】隨著炭化溫度的升高和炭化時(shí)間的延長(zhǎng)，生物炭中的蛋白質(zhì)、多糖和脂肪酸等有機(jī)物質(zhì)逐漸分解，烷基基團(tuán)缺失，而芳香結(jié)構(gòu)逐漸形成，在700℃，炭化3.0h條件下生物炭結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。在3種菌棒生物炭中，海鮮菇菌棒生物炭對(duì)于重金屬或有機(jī)污染物的吸附能力可能最強(qiáng)，秀珍菇菌棒生物炭施入土壤后固碳效果可能最好。

關(guān)鍵詞：FTIR;廢菌棒;生物炭;炭化溫度;炭化時(shí)間

中圖分類號(hào)：S141.9;X712

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-0384（2019）10-1211-10

0引言

【研究意義】福建省古田縣歷來具有中國食用菌之都的美稱，食用菌產(chǎn)業(yè)是古田縣的支柱產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。2018年，全縣食用菌產(chǎn)量達(dá)11.8萬t，在食用菌產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)也產(chǎn)生大量的栽培廢棄物——廢菌棒。這些廢菌棒不僅含有大量的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀以及微量元素等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分，還含大量的菌體蛋白及未被充分利用的養(yǎng)料，其中營(yíng)養(yǎng)成分可以被繼續(xù)開發(fā)利用。但如此大量的廢棄物如果處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致大量的養(yǎng)分元素進(jìn)入土壤或者水體，這不僅是一種資源浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)造成環(huán)境污染。因此，如何合理利用廢菌棒資源具有重要意義。生物炭（biochar）是指生物質(zhì)材料在限氧條件下熱裂解形成的一種含碳量豐富、性質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)物。生物炭具有較大的比表面積和豐富的表面官能團(tuán)，具有較強(qiáng)的吸附能力，大量研究表明，將其施入土壤后不僅對(duì)土壤養(yǎng)分的保持、土壤理化性質(zhì)及微生物生長(zhǎng)環(huán)境的改善有重要的作用，還能增加土壤有機(jī)碳的儲(chǔ)存，起到固碳減排的作用。生物炭的性質(zhì)由制備的原料和條件所決定，由于制備原料和炭化溫度、炭化時(shí)間等的不同，生物炭的性質(zhì)也存在很大差異。生物炭的官能團(tuán)是其表面的特殊結(jié)構(gòu)，可以反映有機(jī)物類型，有相關(guān)研究表明，生物炭的pH和EC與其表面的稠環(huán)芳香結(jié)構(gòu)、芳香性碳O-C-O、脂肪族0.烷基碳（HCOHl有密切的聯(lián)系。芳香族和雜環(huán)碳是生物炭的主要功能基團(tuán)。有研究表明，生物炭能在土壤中存在數(shù)百年之久，是由于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。因此，了解生物炭中官能團(tuán)的特征對(duì)于理解炭化過程的反應(yīng)機(jī)制至關(guān)重要。此外，不同的表面性質(zhì)還會(huì)影響生物炭的電化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響其介導(dǎo)的氧化還原過程，對(duì)于土壤養(yǎng)分及污染物的轉(zhuǎn)化具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近幾年，國內(nèi)外對(duì)生物炭表面結(jié)構(gòu)的研究發(fā)展迅速，研究手段越來越現(xiàn)代化，如SEM電鏡掃描、比表面測(cè)定、傅里葉紅外光譜（FTIR）等。其中FTIR因其特異性強(qiáng)，能夠快速、準(zhǔn)確地分析出高聚物的結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，已成為當(dāng)前表征和鑒別化學(xué)物種研究熱點(diǎn)之一。簡(jiǎn)敏菲等以農(nóng)業(yè)廢棄物水稻秸稈為原料，研究不同溫度（300～700°C）下制備的生物炭結(jié)構(gòu)特征，其FTIR結(jié)果顯示，生物炭在300、400℃時(shí)存在烷烴C-H吸收峰，而在500、600、700°C時(shí)沒有出現(xiàn)該吸收峰。說明隨著炭化溫度升高，水稻秸稈中烷烴基缺失，甲基（-CH3）和亞甲基（-CHz）逐漸消失，而芳香族化合物增加，芳香化程度增強(qiáng)。徐佳等通過比較不同炭化工藝條件（熱解溫度、保留時(shí)間和原料粒徑）下所得棉花秸稈生物炭的FTIR發(fā)現(xiàn)：隨著炭化溫度的升高，-OH、-C=C-和-C-H吸收峰的強(qiáng)度均有所減弱;在同一炭化溫度下，與BClh、BC3h相比較，BC5h具有更豐富的基團(tuán)。潘萌嬌等在管式爐上進(jìn)行了棉桿生物質(zhì)熱解試驗(yàn)，F(xiàn)TIR結(jié)果表明：生物炭中含有許多種化合物，其中脂肪族和芳香族化合物占主導(dǎo)地位。【本研究切入點(diǎn)】以上研究結(jié)果均表明，制備條件會(huì)影響生物炭的表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)，但關(guān)于不同類型食用菌廢菌棒生物炭表面性質(zhì)的研究較少，特別是在不同制備溫度和保留時(shí)間下廢菌棒的表面官能團(tuán)特征未見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以不同廢菌棒為生物質(zhì)原料，在不同制備條件下燒制生物炭，采用紅外光譜法系統(tǒng)地對(duì)廢菌棒生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行表征，探討不同制備條件（炭化溫度和炭化時(shí)間）對(duì)廢菌棒生物炭結(jié)構(gòu)特征的影響，以期為福建省古田縣廢菌棒的資源化有效利用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

廢菌棒取自古田縣食用菌生產(chǎn)企業(yè)，一共選取3種，分別為海鮮菇、銀耳以及秀珍菇廢菌棒。海鮮菇廢菌棒原料為：棉籽殼、木屑、石灰、麩皮和玉米粉。銀耳廢菌棒原料為：棉籽殼、麩皮和1%石膏。秀珍菇廢菌棒原料為：木屑、麥麩、玉米粉、石膏、磷酸二銨和石灰。

1.2生物炭的制備

本試驗(yàn)以風(fēng)干的廢菌棒為試驗(yàn)材料。設(shè)400、500、600、700%4種溫度，1.5、2.0、2.5、3.0h4個(gè)作用時(shí)間，采用拉丁方設(shè)計(jì)，每種材料16組處理，共48組處理，每個(gè)制備處理3個(gè)重復(fù)。將制備原料加入封閉式裂解爐內(nèi)（淮安華電環(huán)保機(jī)械制造有限公司），裂解前通入氮?dú)?min，趕走爐中空氣，創(chuàng)造無氧環(huán)境。裂解開始后，升溫速率為10%·min，達(dá)到目標(biāo)溫度后保持溫度恒定，達(dá)到裂解時(shí)間后，停止裂解，自然降溫，待冷卻后取出，研磨均勻，過100目篩，貯存于干燥器中，備用。

1.3儀器

傅里葉紅外光譜儀（VERTEX70，Bruker，USA）、壓片機(jī)（FW-5A，天津博天勝達(dá)，中國）

1.4測(cè)定方法與分析

稱取適量的不同原料在不同條件下制備得到的各種生物炭樣品，分別與KBr混合均勻（W樣品：WKBr=I：1000），在瑪瑙研缽中磨勻后，壓片制備成紅外掃描樣品。用傅里葉紅外光譜儀在4000～400cm波數(shù)范圍掃描形成譜圖，并用儀器自帶軟件對(duì)掃描譜線進(jìn)行處理。選取圖譜中特征峰進(jìn)行半定量分析，對(duì)各官能團(tuán)的相對(duì)含量進(jìn)行比較。

2結(jié)果與分析

2.1炭化溫度和時(shí)間對(duì)海鮮菇生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)FTIR的影響

2.1.1不同制備條件下海鮮菇生物炭的FTIR圖譜

不同制備條件下的海鮮菇生物炭FTIR圖譜如圖1所示，海鮮生物炭在不同波數(shù)3737、3433、1691、1635、1558、1458、1425、1388、1317、1040、875、785、671cm等處有較明顯吸收峰。波數(shù)為3737cm左右為外羥吸收所引起的吸收峰，波數(shù)為3433cm左右的寬峰主要是由分子間氫鍵締合的醇、酚OH伸縮振動(dòng)產(chǎn)生。1750～1500cm為酰胺和羰基振動(dòng)峰吸收區(qū)。1691cm處吸收峰是由酰胺第1帶中C=O伸縮振動(dòng)產(chǎn)生，1680～1430cm為苯環(huán)類特征吸收區(qū)，在1635cm處是芳環(huán)骨架或C=O伸縮振動(dòng)吸收峰，說明生物炭表面可能含有酮類、醛類和酰胺類。1500～1300cm主要為蛋白質(zhì)、多糖和脂肪酸中基團(tuán)振動(dòng)吸收區(qū)。1558cm處峰由酰胺II帶中N-H的面內(nèi)彎曲振動(dòng)與部分C-N伸縮振動(dòng)耦合產(chǎn)生。1317cm^-1處吸收峰由蛋白質(zhì)和多糖中C-O-H彎曲振動(dòng)和-CH2振動(dòng)引起。1458、1425、1388cm處吸收峰在400%成鋸齒狀倍頻吸收，隨溫度升高此現(xiàn)象消失，一般認(rèn)為是由烷烴-CH3和-CH2基團(tuán)彎曲振動(dòng)（1458cm為CH3基團(tuán)反對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰;1425cm為ca2基團(tuán)的彎刀彎曲振動(dòng)峰;1388cm為CH3“傘”形彎曲振動(dòng)峰）產(chǎn)生。500%后，1458cm處吸收峰是由芳環(huán)C-C伸縮振動(dòng)產(chǎn)生。1200～950cm主要是多糖特征峰吸收區(qū)，1040cm處吸收峰由半纖維素和纖維素主鏈上C-O-C伸縮振動(dòng)引起。900～400cm為指紋區(qū)，此區(qū)譜峰較弱，875、785、671cm處吸收峰由芳環(huán)C-H彎曲振動(dòng)產(chǎn)生。且875cm處有較弱吸收峰，也表明有CO3存在。

2.1.2不同制備條件下海鮮菇菌棒生物炭的FTIR峰強(qiáng)度 由表1可知，在3737和3433cm波數(shù)處，隨炭化溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理生物炭吸收強(qiáng)度不相等，但無明顯規(guī)律。表明炭化溫度和時(shí)間對(duì)OH含量有影響。1691cm處吸收峰在400～600℃強(qiáng)度幾乎為零，在700%出現(xiàn)峰值，炭化3.0h峰強(qiáng)最大。從總體上看，1635cm處峰強(qiáng)隨炭化溫度升高而減弱，表明生物炭C=O官能團(tuán)含量隨炭化溫度升高而減少。同一炭化溫度下，不同炭化時(shí)間對(duì)C=O官能團(tuán)含量影響也不同。在400、700°C時(shí)，隨炭化時(shí)間的延長(zhǎng)其峰強(qiáng)逐漸增大，表明當(dāng)炭化溫度為400、700°C時(shí)，延長(zhǎng)炭化時(shí)間可增加-C=O官能團(tuán)含量。而在500、600°C生物炭中無此規(guī)律。1558、1317cm處吸收峰只在400～C或500℃出現(xiàn)，隨炭化溫度升高峰強(qiáng)逐漸下降為零。表明蛋白質(zhì)和多糖中N-H、C-N、C-O、C-H鍵對(duì)溫度較敏感，隨溫度升高有裂解或脫落現(xiàn)象。在400°C時(shí)，1458、1425、1388cm處峰強(qiáng)比值為1：1：1，當(dāng)溫度達(dá)到400℃以上，1425、1388cm處峰下降為零，延長(zhǎng)炭化時(shí)間其峰強(qiáng)逐漸也增大，表明烷烴的-CH3和-CH2基團(tuán)易受溫度影響。而1458cm處峰強(qiáng)在500°C以后隨溫度升高而逐漸增強(qiáng)，且在700%，炭化3h處達(dá)到最大，表明隨溫度升高，生物炭芳環(huán)C-C含量逐漸增加，炭化程度增強(qiáng)。在1040cm處峰強(qiáng)隨炭化溫度升高而減弱，表明生物炭中的纖維素和半纖維在逐漸分解，C-O-C官能團(tuán)含量逐漸減少。875cm處峰強(qiáng)在400℃為零，當(dāng)溫度升到500～C時(shí)有弱峰產(chǎn)生，在700°C，炭化3.0h處達(dá)到最大峰強(qiáng)。表明高炭化溫度和延長(zhǎng)炭化時(shí)間有利于碳酸鹽化物在生物炭表面富集。785、671cm處峰強(qiáng)隨溫度升高而減弱，當(dāng)溫度達(dá)到600°C后，各處理生物炭的吸收強(qiáng)度變化不大。表明在600°C以后，升高炭化溫度和延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)芳環(huán)C-H鍵含量影響甚微，生物炭表面的芳香結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

2.2炭化溫度和時(shí)間對(duì)秀珍菇菌棒生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)FTIR的影響

2.2.1不同制備條件下秀珍菇菌棒生物炭的FTIR圖譜不同制備條件下的秀珍菇菌棒生物炭FTIR圖譜如圖2所示，秀珍菇菌棒生物炭在波數(shù)3737cm左右有外羥吸收峰;3433cm處有-OH伸縮振動(dòng)峰、1691cm處有酰胺第1帶C=O伸縮振動(dòng)峰、1635cm處有C=O或芳環(huán)骨架伸縮振動(dòng)峰、1319cm左右有C-O-H彎曲振動(dòng)和-CH2振動(dòng)峰、1051cm左右有芳香性碳C-O-C伸縮振動(dòng)峰、875、786、673cm等處有芳環(huán)C-H彎曲振動(dòng)峰。除了上述幾處吸收峰外，秀珍菇菌棒生物炭在波數(shù)1547、1433、1110、472cm處也有較明顯的吸收峰。1547cm處吸收峰是由蛋白質(zhì)中酰胺II帶中C-N伸縮振動(dòng)產(chǎn)生。當(dāng)溫度達(dá)到600°C以上此峰出現(xiàn)。1433cm是芳環(huán)C-C伸縮振動(dòng)吸收峰。1110cm處吸收峰半纖維素和纖維素主鏈上C-O-C伸縮振動(dòng)引起。波數(shù)472cm處吸收峰由無機(jī)礦物Si-O-Si中Si-O對(duì)稱伸縮振動(dòng)產(chǎn)生。

2.2.2不同制備條件下秀珍菇菌棒生物炭的FTIR峰強(qiáng)度由表2可知，在3743、3435cm波數(shù)處，各處理生物炭吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度隨炭化溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)而變化，但無明顯規(guī)律，表明-OH相對(duì)含量易受炭化溫度和時(shí)間的影響，與海鮮菇菌棒生物炭分析結(jié)果相似。1691cm處吸收峰在400～500%時(shí)無峰值，當(dāng)溫度達(dá)到600°C以上，此處有峰值，且隨溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng)峰強(qiáng)逐漸下降，這可能是酰胺第1帶中C=O鍵在高溫條件下易裂解生成氣體或液體副產(chǎn)物所致。1635cm處吸收峰隨溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng)而減弱，表明生物炭中.C=O官能團(tuán)的相對(duì)含量逐漸減少。1547cm處吸收峰在400～500%時(shí)峰強(qiáng)為零，溫度達(dá)到600°C后，此處有峰值，且隨溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng)峰強(qiáng)逐漸下降為零。說明在一定溫度范圍內(nèi)，升高炭化溫度或延長(zhǎng)炭化時(shí)間會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)中C-N鍵的穩(wěn)定性造成影響。在1433cm波數(shù)處，各處理生物炭吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度隨炭化溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng)而無規(guī)律變化，且在700%炭化3.0h生物炭峰值最大，表明炭化溫度和時(shí)間會(huì)對(duì)芳環(huán)C-C的相對(duì)含量產(chǎn)生影響，在高溫炭化3.0h更有利C-C鍵形成，生物炭具有較好的芳香結(jié)構(gòu)。1319cm處吸收峰峰強(qiáng)隨溫度升高而減弱，當(dāng)溫度達(dá)到600°C后下降為零，表明生物炭中蛋白質(zhì)和多糖隨炭化溫度的升高而逐漸分解。1110、1051cm處都有C-O-C振動(dòng)峰。1110cm只在低溫區(qū)域出現(xiàn)峰值，表明C-O-C高溫易分解。從總體上看，1051cm處峰強(qiáng)隨溫度升高而增強(qiáng)，表明生物炭的C-O-C相對(duì)含量在增加，在700°C，炭化3.0h處含量達(dá)到0.66。875cm處峰強(qiáng)隨溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)而改變，在700°C時(shí)平均峰強(qiáng)最大，且在同一溫度下炭化3.0h的峰強(qiáng)最大。表明在700%，炭化3.0h條件下有利于碳酸鹽化合物的形成。786～671cm處峰強(qiáng)隨著溫度的升高而相對(duì)減弱，表明芳環(huán)中C-H鍵逐漸斷裂，生物炭表面開始形成芳環(huán)共軛的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度達(dá)到700～C時(shí)，在各炭化時(shí)間下的相對(duì)強(qiáng)度變化不大，表明在高溫條件下，改變炭化時(shí)間對(duì)芳環(huán)中C-H鍵的影響不大，生物炭表面結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。472cm處為Si-O振動(dòng)吸收峰隨著溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)而相對(duì)增強(qiáng)，在700℃3.0h處達(dá)到最大值。。

2.3炭化溫度和時(shí)間對(duì)銀耳菌棒生物炭性質(zhì)結(jié)構(gòu)FTIR的影響

2.3.1不同制備條件下銀耳菌棒生物炭的FTIR圖譜

不同制備條件下的銀耳菌棒生物炭的FTIR圖譜結(jié)果見圖3。銀耳菌棒生物炭主要在3737、3617、3433、1741、1691、1043、1540、1520、1400、1420、1110、669、598有明顯的吸收峰。由圖3可見，銀耳菌棒生物炭在波數(shù)為1700～1400cm區(qū)域有兩個(gè)明顯雙峰，分別為1691和1643cm、1540和1520cm。1691和1643cm處吸收雙峰由酰胺第1帶中C=O振動(dòng)耦合產(chǎn)生。1540、1520cm處為酰胺II帶C-N振動(dòng)耦合產(chǎn)生的吸收雙峰。除此之外，銀耳菌棒生物炭在波數(shù)3617cm附近有游離-OH伸縮振動(dòng)峰，1741cm附近有酯類中-C=O伸縮振動(dòng)吸收峰。1460cm附近有.CH3基團(tuán)反對(duì)稱彎曲振動(dòng)吸收峰。1420cm附近有-CH2基團(tuán)的彎刀彎曲振動(dòng)吸收峰。598cm附近有芳環(huán)C-H彎曲振動(dòng)峰。

2.3.2不同制備條件下銀耳生物炭的FTIR峰強(qiáng)度由表2可知，在3743、3617、3435cm波數(shù)處吸收峰都為.OH振動(dòng)峰，3743、3617cm處吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度隨炭化溫度的升高和炭化時(shí)間的延長(zhǎng)而變化，但無明顯規(guī)律。3433cm處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度在400～500°C為0.015左右，當(dāng)溫度達(dá)600°C以上時(shí)，其峰強(qiáng)下降至0.005左右，表明隨溫度升高，-OH官能團(tuán)的相對(duì)含量減少。1741cm波數(shù)處吸收峰強(qiáng)在400～500℃幾乎為零，當(dāng)溫度達(dá)到600℃以上，此處有峰值，說明炭化溫度會(huì)對(duì)酯類中-C-O鍵相對(duì)含量造成影響。1691、1643cm處為雙峰，隨溫度升高其峰強(qiáng)逐漸減弱，在同一溫度下延長(zhǎng)炭化時(shí)間其峰強(qiáng)也隨之弱。表明酰胺第1帶中C=O鍵的相對(duì)含量隨溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng)逐漸減少。溫度達(dá)到500°C后，1540、1520cm處產(chǎn)生酰胺II帶C-N振動(dòng)雙峰。從整體上看，此雙峰的相對(duì)強(qiáng)度隨溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng)而減少，表明蛋白質(zhì)在逐漸分解，C=O、C-N官能團(tuán)含量減少。1460、1420cm處分別為.CH3基團(tuán)和.ca2基團(tuán)振動(dòng)吸收峰。溫度達(dá)到500°C后，1460、1420cm處峰強(qiáng)比值為1：1。隨溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)兩者的峰強(qiáng)逐漸減少，表明脂肪烴中-CH3和-CH2基團(tuán)逐漸消失，芳香結(jié)構(gòu)逐漸形成。在1110cm處峰強(qiáng)隨炭化溫度升高而減弱，表明纖維素中C-O-C官能團(tuán)的含量逐漸減少。在900～400cm的指紋區(qū)內(nèi)，有兩處相對(duì)明顯的吸收峰，分別在669、598cm兩處。隨溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng)兩峰的相對(duì)強(qiáng)度變化不大，表明芳環(huán)C-H鍵含量不易受炭化溫度和時(shí)間的影響，與海鮮菇、秀珍菇菌棒生物炭相關(guān)分析結(jié)果一致。

2.4相同制備條件下3種菌棒生物炭的FTIR峰強(qiáng)度

在700°C，炭化3.0h條件下，3種菌棒生物炭在波數(shù)3737、3433、1691、1643、1450、1110、669cm有共同的吸收峰（表1～3）。由于原材料不同，同一制備條件下3種菌棒生物炭共有吸收峰峰強(qiáng)也不同。在3737、3433cm波數(shù)處（-OH振動(dòng)峰），與海鮮菇、秀珍菇菌棒生物炭相比較，銀耳菌棒生物炭的相對(duì)峰強(qiáng)最小。在1691、1643cm處（C=O振動(dòng)峰），3種菌棒生物炭峰強(qiáng)表現(xiàn)為：海鮮菇菌棒生物炭（0.023，0.031）>秀珍菇菌棒生物炭（0.002，0.032）>銀耳菌棒生物炭（0.011，0.010）。與銀耳菌棒生物炭、海鮮菇菌棒生物炭相比較，秀珍菇菌棒生物炭在1450cm左右（苯環(huán)c-c振動(dòng)峰）峰強(qiáng)最大，各峰強(qiáng)表現(xiàn)為：秀珍菇菌棒生物炭（0.230）>海鮮菇菌棒生物炭（0.130）>銀耳菌棒生物炭（0.010）。在1110cm左右處（C-O.C振動(dòng)峰，3種菌棒生物炭峰強(qiáng)表現(xiàn)為：秀珍菇菌棒生物炭（0.066）>海鮮菇菌棒生物炭（0.047）>銀耳菌棒生物炭（0013）。在669cm左右處（苯環(huán)C-H振動(dòng)峰），與銀耳、秀珍菇菌棒生物炭相比較，海鮮菇菌棒生物炭峰強(qiáng)最小。綜上所述，在700℃，炭化3.0h條件下，海鮮菇菌棒生物炭含氧官能團(tuán)吸收峰峰強(qiáng)最強(qiáng)，銀耳菌棒生物炭最弱，秀珍菇海菌棒生物炭苯環(huán)C-C吸收峰峰強(qiáng)最強(qiáng)，銀耳菌棒生物炭最弱。

3討論與結(jié)論

在本研究中，3種菌棒生物炭FTIR圖譜研究結(jié)果都表明：生物炭表面含有羥基、羧基、羰基等官能團(tuán)。不同溫度制備的生物炭其表面官能團(tuán)存在一定差異，且隨溫度升高，生物炭表面官能團(tuán)總含量相對(duì)減少，這與前人相關(guān)研究結(jié)果相一致。相同溫度不同保留時(shí)間制備生物炭的表面官能團(tuán)具有較高的一致性。

結(jié)合峰強(qiáng)變化研究結(jié)果表明，對(duì)于海鮮菇菌棒生物炭而言，在400～500°C，生物炭以蛋白質(zhì)、纖維素和半纖維中N-H、C-N、C-O、C-H鍵、烷烴的-CH3和-ca2基團(tuán)振動(dòng)產(chǎn)生的吸收峰為主，峰強(qiáng)隨炭化時(shí)間延長(zhǎng)而增強(qiáng);在600～700°C，由芳環(huán)C-C、C-H引起的吸收峰所占比重逐漸增大。在700°C，炭化3.0h制備條件下，芳環(huán)引起的吸收峰最大，說明隨炭化溫度升高和炭化時(shí)間延長(zhǎng)，生物炭中蛋白質(zhì)、纖維素和半纖維逐漸分解，烷烴的-CH3和-cH2基團(tuán)逐漸脫落。生物炭芳香結(jié)構(gòu)逐漸形成。且700°C，炭化3.0h是制備高含c量生物炭最佳溫度，與其他制備相比，此制備條件更有利于生物炭芳香結(jié)構(gòu)形成，其炭化程度更高、穩(wěn)定性更好。對(duì)于秀珍菌棒生物炭而言，在400～700°C，秀珍菌棒生物炭蛋白質(zhì)和多糖中的氧官能團(tuán)相對(duì)含量隨炭化溫度升高而減少，而芳環(huán)C-C、C-H，無機(jī)鹽中si-0相對(duì)含量逐漸增加，且在700℃，炭化3.0h處達(dá)最大。表明升高溫度有利于芳香結(jié)構(gòu)和無機(jī)礦化物（SiO2）形成，且在700°C，炭化3.0h制備條件下，生物炭的化學(xué)穩(wěn)定性較好，表面含有無機(jī)化合物更豐富。對(duì)于銀耳菌棒生物碳而言，在400～700°C，銀耳菌棒生物炭以蛋白質(zhì)和多糖中N-H、C-N、C-0、C=O鍵、脂肪烴中-CH3和-cH2基團(tuán)振動(dòng)產(chǎn)生的雙吸收峰為主，峰強(qiáng)隨炭化溫度升高而減弱，與鞠文亮的研究結(jié)果相符。在同一溫度下，炭化時(shí)間對(duì)吸收峰的影響無規(guī)律。在700°C，炭化3.0h條件下制備的生物炭雙峰強(qiáng)度最弱，在669、598cm兩處吸收峰峰強(qiáng)最強(qiáng)，表明與其他制備相比，在700°C，炭化3.0h條件下，生物炭中蛋白質(zhì)、多糖和脂肪酸等有機(jī)物質(zhì)基本分解，芳香化程度增加，生物炭結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。因此，對(duì)于3種菌棒生物炭而言，700°C，炭化3.0h是制備含c量高，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)生物炭的較優(yōu)條件。

同時(shí)為了更好比較在相同制備條件下3種菌棒生物炭的差異，本研究選擇在700°C，炭化3.0h條件下對(duì)3種菌棒生物炭進(jìn)行比較。試驗(yàn)結(jié)果表明，在700°C，炭化3.0h制備條件下，海鮮菇菌棒生物炭含氧官能團(tuán)，如羧基官能團(tuán)，相對(duì)含量最高。Glass研究表明羧基官能團(tuán)會(huì)對(duì)生物質(zhì)炭自身的陽離子交換量產(chǎn)生較大影響，施入土壤可提高土壤的陰離子交換量（CEC），從而增強(qiáng)其對(duì)重金屬或有機(jī)污染物的吸附能力。秀珍菇海菌棒生物炭苯環(huán)C-C相對(duì)含量最高，炭化程度最大，穩(wěn)定性最好。由此可推測(cè)，在這三者中，海鮮菇菌棒生物炭對(duì)于重金屬或有機(jī)污染物的吸附能力可能最強(qiáng)，秀珍菇海菌棒生物炭施Adz壤后固碳效果可能最好。

綜上所述，不同炭化溫度和炭化時(shí)間對(duì)廢菌棒生物炭結(jié)構(gòu)特征影響顯著，在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需求適當(dāng)提高裂解溫度或延長(zhǎng)炭化時(shí)間來改良生物炭表面特性。秀珍菇海菌棒生物炭穩(wěn)定性高，可以應(yīng)用到酸性土壤中改善土壤酸性環(huán)境;海鮮菇菌棒生物炭含氧官能團(tuán)相對(duì)含量最高，可以應(yīng)用到重金屬污染土壤中吸附重金屬和有機(jī)污染物。