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近日，我校機械工程學院馬培勇副教授研究團隊在生物質熱解制備炭材料方面取得重要進展。該工作以“Efficient preparation of carbon nanospheres-anchored porous carbon materials and the investigation on pretreatment methods”為題發表在工程技術類國際著名期刊《Bioresoure Technology》上發表。
活性炭材料由于其比表面積高，孔結構可控性強，表面官能團豐富等優點，被廣泛應用于廢氣廢水處理、催化及電化學等領域。在“雙碳”目標的時代背景下，開發可再生碳資源部分替代化石資源用于碳基材料的制備具有重要意義。通過綠色植物光合作用獲得的生物質資源是自然界唯一的可再生碳資源。與傳統的煤制炭相比，生物質制炭是一種綠色、清潔的“負碳”技術，能夠減少溫室氣體的排放，實現碳封存。然而目前高比表面積（>1000 m2/g）的活性炭通常需要在高溫下對前體進行長時間的活化才能獲得，這意味著巨大的能源消耗，這與生物質制炭本身的“負碳”屬性相矛盾。探究在溫和條件下高效制備高性能活性炭的方法，是由工程實際需求衍生出的重要研究課題。
研究團隊以來源廣泛的木屑為碳源，采用磷酸水熱聯合快速活化的方法，在快速升溫至450 ℃的較低溫過程中實現前體的快速活化，整個活化升溫過程僅有2.8分鐘，無需額外的活化時間，大大減少了活化過程的能源消耗。獲得的碳材料比表面積高達1980 m2/g。研究發現制備的碳材料有較為豐富的微/介孔結構，且碳基底上負載有大量納米碳球，其與碳層編織在一起，形成三維多孔網絡結構。該碳材料對多種污染物均表現出了良好的吸附性能，具有良好的應用前景。
我校機械工程學院碩士生黃瑞毅同學為論文的第一作者，通訊作者為其導師馬培勇副教授。本工作得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金等項目資助。
來源：機械工程學院
秸稈生物質炭鹽堿地改良技術:降鹽改土 強根增產
鹽堿土是世界上尚未大規模農業利用的后備土地資源。在水資源可供應的條件下，可進行鹽堿土改良來補充日益不足的耕地資源。南京農業大學農業資源與環境研究所潘根興教授表示，鹽堿土不是不毛之地，改良是為了能種植農作物，其本質是改良土壤結構，降低化學鹽分，提高植物耐（鹽）性。
潘根興研究團隊從2011年開始，分別在江蘇、河南、寧夏、內蒙古等地進行小麥、玉米、水稻和向日葵生產的生物質炭改良鹽堿地的技術試驗和示范。在江蘇南通新墾灘涂，采用“秸稈+生物質炭”的組合技術，兩年內使土壤鹽分由平均1.45%降到0.45%以下，可滿足田菁等豆科作物正常種植。在河南輕鹽堿地，生物質炭土壤改良劑每畝1～2噸，當年小麥產量由25公斤提升到300公斤。特別是在微咸水灌溉的寧夏銀川平羅縣水稻產區，應用玉米秸稈炭基肥，水稻增產20%以上。
秸稈生物質炭鹽堿地改良技術主要是由生物質炭與炭基有機肥、炭基復合肥及炭基液體肥集成的“一炭三肥”鹽堿地改良技術。潘根興表示，秸稈生物質炭鹽堿地改良技術能夠達到以下效果：首先幫助土壤快速構建團聚體結構，促進孔隙系統發育，加快鹽分的溶移；其次利用秸稈炭化的酸性木醋液的化學作用，消除鹽分、降低堿度；最后，通過上述兩者的共同作用，土壤中可以發育出鹽分少、堿度低和富有機質的微孔隙系統，促進根的分化和生長，提高植物抗逆性。
“生物質炭基肥中含有的可溶性小分子有機物質對種子的發芽以及幼苗根系的生長具有明顯的促進作用。”南京農業大學農業資源與環境研究所教授李戀卿表示，團隊所做的輕度、中度鹽堿地改良試驗顯示，采用秸稈生物質炭改良技術作物的出苗率和成苗率有所提高。同時，施用生物質炭基肥可提高作物的養分利用率，以減少化肥的用量，還可提高土壤微生物多樣性及酶活性，從多方面提升鹽堿地土壤地力，促進作物生長。此外，生物質炭在土壤固碳及溫室氣體減排方面也表現出明顯的作用。總體來看，在鹽堿地上通過生物質炭集成改良技術可達到“降鹽、固碳、改土、促生、強根、增產”的效果。
“接下來，我們將進一步進行生物質炭鹽堿地改良技術的集成、推廣和示范，希望通過這項技術建立鹽堿地炭基循環生態農業技術體系。”李戀卿說。
