本书围绕生物质炭基础研究、工程开发和生产应用的三个领域，系统介绍生物质炭化工艺与装备、生物质炭性质与功能，以及生物质炭在土壤、水体、大气环境修复和固碳减排应用等方面内容，分析讨论生物质炭的环境效应和可能产生的生态风险，以期对生物质炭产业发展起到积极的推动作用。
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序
前言
第1章 绪论 1
参考文献 5
第2章 生物质炭化设备 6
2.1 生物质炭化设备概述 6
2.2 生物质热解炭化设备 7
2.2.1 固定床热解炭化设备 8
2.2.2 移动床热解炭化设备 10
2.2.3 流化床热解炭化设备 18
2.3 生物质水热炭化设备 18
2.4 工业化热解炭化设备的设计与运行 19
2.4.1 进料及烘干系统的设计与运行 20
2.4.2 炭化及热解气回用系统的设计与运行 20
2.4.3 污水及尾气处理系统的设计与运行 21
2.4.4 冷却系统的设计与运行 21
2.5 生物质炭化设备的安全保障与风险评价 22
2.5.1 生物质炭化设备的产品质控 22
2.5.2 生物质炭化设备的安全保障 22
2.5.3 生物质炭化设备的环境影响评价 22
2.5.4 生物质炭化设备的污染防治措施 23
参考文献 23
第3章 生物质炭化过程中组分变化 24
3.1 生物质炭化过程中有机物的变化 24
3.1.1 生物质炭化过程中有机物的组成与变化 24
3.1.2 生物质炭化过程中影响有机组分的变化因素 26
3.1.3 生物质炭化过程中多环芳烃的产生与控制 32
3.2 生物质炭表面可溶性有机物的化学组分与生物活性 38
3.3 生物质炭化过程中养分元素的变化 41
3.3.1 生物质炭化过程中氮、磷、钾元素的变化 42
3.3.2 生物质炭化过程中微量元素的变化 47
3.3.3 金属盐及矿质元素对生物质炭性质的影响 53
3.3.4 生物质炭表面可溶性无机组分与生物活性 55
3.4 生物质炭化过程中重金属元素的变化 57
3.4.1 生物质炭化过程中重金属元素全量的变化 58
3.4.2 生物质炭化过程中重金属元素化学形态的变化 62
3.4.3 重金属污染废弃生物质热解炭化 63
3.5 生物质炭化过程中纳米颗粒的形成与环境行为 64
参考文献 66
第4章 生物质炭的理化特性与分类评价 77
4.1 生物质炭的物理特性与改性 77
4.1.1 生物质炭的物理特性 77
4.1.2 生物质炭的物理改性与强化 80
4.2 生物质炭的化学特性与改性 82
4.2.1 生物质炭的化学特性 82
4.2.2 生物质炭的化学改性与强化 88
4.3 生物质炭的质量评价与分类 90
4.3.1 生物质炭的质量评价 90
4.3.2 生物质炭的分类与标准 93
4.4 生物质炭的特性与标准数据库 94
4.4.1 生物质炭的特性数据库 94
4.4.2 生物质炭的标准数据库 103
参考文献 105
第5章 环境中生物质炭的稳定性和潜在生态风险 111
5.1 环境中生物质炭的物理分解 111
5.1.1 环境中生物质炭的碎片化和胶体形成过程 111
5.1.2 环境中生物质炭的胶体团聚过程 124
5.1.3 环境中生物质炭的胶体迁移过程 130
5.2 环境中生物质炭的化学分解 133
5.2.1 环境中生物质炭的溶解过程 133
5.2.2 环境中生物质炭的化学氧化过程 140
5.2.3 环境中生物质炭的光化学分解过程 142
5.3 环境中生物质炭的生物分解 143
5.3.1 环境中生物质炭的微生物分解过程 143
5.3.2 环境中生物质炭的动物分解过程 146
5.3.3 环境中生物质炭的植物分解过程 146
5.4 环境中生物质炭的潜在生态风险 147
5.4.1 生物质炭中重金属的潜在生态风险 148
5.4.2 生物质炭中多环芳烃的潜在生态风险 149
5.4.3 生物质炭中持久性自由基的潜在生态风险 150
参考文献 152
第6章 生物质炭在土壤培肥中的应用 161
6.1 土壤培肥概述 161
6.1.1 国内外土壤培肥研究进展 161
6.1.2 生物质炭土壤培肥原理 163
6.2 生物质炭对土壤物理性质的改善 165
6.2.1 生物质炭对土壤容重的影响 166
6.2.2 生物质炭对土壤水力学性质的影响 167
6.2.3 生物质炭对土壤矿物质颗粒团聚作用和团聚体稳定性的影响 169
6.3 生物质炭对土壤养分状况的改善评价 170
6.3.1 生物质炭对土壤氮磷钾含量的影响 171
6.3.2 生物质炭对土壤有机碳含量的影响 172
6.3.3 生物质炭对土壤微量元素含量和有效性的影响 173
6.3.4 生物质炭对土壤养分淋溶的影响 173
6.4 生物质炭对土壤微生物特性的影响 176
6.4.1 生物质炭对土壤微生物生物量的影响 176
6.4.2 生物质炭对土壤微生物群落结构的影响 177
6.4.3 生物质炭对土壤氮循环微生物功能基因的影响 178
6.5 生物质炭对作物产量品质提升效应 180
6.5.1 生物质炭对水稻产量和生物量的影响 181
6.5.2 生物质炭对小麦产量和生物量的影响 182
6.5.3 生物质炭对玉米产量和生物量的影响 183
6.5.4 生物质炭对蔬菜产量和品质的影响 184
6.5.5 生物质炭培肥土壤综合评价 185
参考文献 185
第7章 生物质炭在盐碱地及酸化土壤改良中的应用 192
7.1 盐碱化土壤改良 192
7.1.1 盐碱地成因及类型 192
7.1.2 盐碱化土壤改良技术现状 195
7.2 生物质炭改良盐碱化土壤 198
7.2.1 生物质炭对盐碱地土壤物理性质的影响 198
7.2.2 生物质炭对盐碱地土壤化学性质的影响 199
7.2.3 生物质炭对盐碱地土壤养分的影响 200
7.3 酸性土壤改良 201
7.3.1 酸性土壤成因及类型 201
7.3.2 酸化土壤改良现状 203
7.4 生物质炭改良酸化土壤 205
7.4.1 生物质炭对酸化土壤物理性质的影响 205
7.4.2 生物质炭对酸化土壤化学性质的影响 206
7.4.3 生物质炭对酸性土壤微生物及酶活性的影响 208
7.4.4 生物质炭对酸性土壤作物生长发育的影响 210
参考文献 210
第8章 生物质炭在农田土壤重金属污染修复中的应用 216
8.1 农田土壤重金属污染修复概述 216
8.1.1 农田土壤重金属污染现状 216
8.1.2 农田土壤重金属污染修复技术研究进展 217
8.1.3 生物质炭在农田土壤重金属修复中的应用 219
8.2 生物质炭对土壤重金属环境行为的影响 220
8.2.1 生物质炭对土壤重金属形态转化的影响 220
8.2.2 生物质炭对土壤重金属有效性的影响 223
8.2.3 生物质炭对土壤重金属迁移性的影响 225
8.3 生物质炭对炭际土壤中重金属环境行为的影响 226
8.3.1 生物质炭对炭际土壤中重金属有效性的影响 227
8.3.2 生物质炭对炭际土壤中重金属迁移性的影响 228
8.3.3 生物质炭对炭际土壤中重金属形态转化的影响 229
8.4 生物质炭负载微生物在土壤重金属污染修复中的应用 230
8.5 生物质炭对主要农作物重金属吸收积累的影响 231
8.5.1 生物质炭对蔬菜中重金属吸收积累的影响 231
8.5.2 生物质炭对水稻中重金属吸收积累的影响 233
8.5.3 生物质炭对小麦中重金属吸收积累的影响 234
参考文献 236
第9章 生物质炭在土壤有机污染物修复中的应用 241
9.1 土壤有机污染物修复概述 241
9.1.1 土壤有机污染物种类及成因 242
9.1.2 国内外土壤有机污染物修复研究进展 243
9.1.3 生物质炭土壤有机污染物修复原理与技术 245
9.2 生物质炭中有机污染物的环境行为 246
9.2.1 生物质炭中有机污染物的形成机制 247
9.2.2 生物质炭中有机污染物的生物有效性 248
9.2.3 生物质炭中有机污染物的环境影响 249
9.3 生物质炭对土壤中有机污染物的吸附降解机制 250
9.3.1 生物质炭对土壤有机污染物生物有效性的影响 251
9.3.2 生物质炭对土壤有机污染物的吸附特性 252
9.3.3 生物质炭对土壤有机污染物的降解机制 254
9.3.4 生物质炭对土壤有机污染物修复效果的稳定性 256
9.4 生物质炭-微生物交互作用对土壤有机污染物修复的影响 258
9.4.1 生物质炭对土壤微生物修复有机污染物的影响 259
9.4.2 生物质炭-微生物对土壤有机污染物的修复机制 261
9.4.3 生物质炭-微生物交互对有机物污染物修复效果的影响 262
9.5 生物质炭对农作物有机污染物吸收积累的影响 264
9.5.1 生物质炭对粮食作物中有机污染物吸收积累的影响 265
9.5.2 生物质炭对蔬菜中有机污染物吸收积累的影响 266
参考文献 267
第10章 生物质炭在水体重金属污染物去除中的应用 275
10.1 水体重金属污染物去除概述 275
10.1.1 水体重金属污染现状及危害 275
10.1.2 水体重金属去除方法 276
10.1.3 生物质炭水体重金属去除原理与技术 279
10.2 水体重金属吸附影响因素 281
10.2.1 溶液pH对生物质炭基材料吸附性能的影响 281
10.2.2 温度对生物质炭基材料吸附性能的影响 281
10.2.3 生物质炭基材料与重金属接触时间对吸附性能的影响 282
10.2.4 生物质炭基材料的用量对吸附性能的影响 282
10.2.5 溶液中的竞争离子对生物质炭基材料吸附性能的影响 282
10.3 生物质炭对重金属的吸附机理 283
10.3.1 吸附热力学 283
10.3.2 吸附动力学 283
10.3.3 生物质炭与重金属的相互作用 285
10.4 生物质炭对水体重金属的去除 288
10.4.1 小麦秸秆炭对水体重金属的去除 288
10.4.2 玉米秸秆炭对水体重金属的去除 288
10.4.3 猪粪炭对水体重金属的去除 289
10.4.4 松木炭对水体重金属的去除 289
参考文献 291
第11章 生物质炭在水体有机污染物去除中的应用 295
11.1 水体有机污染物去除概述 295
11.1.1 水体有机污染物种类及成因 295
11.1.2 国内外水体有机污染物去除进展 296
11.1.3 生物质炭水体有机污染物去除原理与技术 297
11.2 生物质炭对有机污染物的吸附机理 299
11.2.1 生物质炭与有机污染物的相互作用 299
11.2.2 吸附平衡与热力学 301
11.2.3 吸附动力学 303
11.3 生物质炭对有机污染物吸附效果影响因素 304
11.3.1 生物质炭理化性质对吸附效果的影响 304
11.3.2 有机污染物理化性质对吸附效果的影响 305
11.3.3 吸附过程条件对吸附效果的影响 305
11.4 生物质炭及生物质炭复合材料对水体有机污染物的去除 308
11.4.1 生物质炭与改性生物质炭吸附剂对水体有机污染物的去除 308
11.4.2 生物质炭固定化微生物对水体有机污染物的去除 310
11.4.3 生物质炭复合材料对水体有机污染物的催化降解 311
11.4.4 综合效应评价 313
参考文献 314
第12章 生物质炭在水体氮磷防控中的应用 319
12.1 水体氮磷污染防控概述 319
12.1.1 水体氮磷污染物种类及成因 319
12.1.2 国内外水体氮磷污染防控的研究进展 320
12.1.3 生物质炭水体氮磷防控原理 321
12.2 生物质炭对水体氮磷的吸附效能与机理 322
12.2.1 生物质炭对水体氮的吸附性能与影响因素 322
12.2.2 生物质炭对水体磷的吸附性能与影响因素 323
12.2.3 生物质炭对水体氮磷同步吸附的性能与机理 323
12.3 生物质炭对土壤流失氮磷的持留作用与机理 324
12.3.1 土壤氮磷流失对水环境污染的影响 324
12.3.2 生物质炭对土壤流失氮的持留作用与机理 325
12.3.3 生物质炭对土壤流失磷的持留作用与机理 326
12.4 生物质炭强化植物-动物-微生物去除氮磷的效能与机理 326
12.4.1 生物质炭强化动、植物去除水体氮磷的效能与机理 327
12.4.2 生物质炭强化微生物降解水体氮磷的性能与机理 327
12.4.3 生物质炭对水体氮磷污染防治的应用 329
参考文献 331
第13章 生物质炭在大气污染物处理中的应用 336
13.1 大气污染物处理概述 336
13.1.1 大气污染现状及危害 336
13.1.2 大气污染物与生物质炭 337
13.1.3 生物质炭处理大气污染物的原理与技术 337
13.2 生物质炭处理CO2 338
13.2.1 CO2及其危害 338
13.2.2 生物质炭在CO2捕集中的应用 339
13.2.3 生物质炭在催化还原CO2中的应用 340
13.3 生物质炭处理NOx 341
13.3.1 NOx及其危害 341
13.3.2 生物质炭在选择性催化还原NOx中的应用 341
13.3.3 生物质炭在催化氧化及吸附NOx中的应用 342
13.4 生物质炭处理VOCs 344
13.4.1 VOCs及其危害 344
13.4.2 生物质炭在VOCs吸附中的应用 344
13.4.3 生物质炭在催化氧化VOCs中的应用 347
13.4.4 生物质炭在微生物降解VOCs中的应用 347
13.5 生物质炭处理其他大气污染物 347
13.5.1 生物质炭处理Hg0 347
13.5.2 生物质炭处理SO2 350
13.5.3 生物质炭处理H2S 352
参考文献 353
第14章 生物质炭减缓温室气体排放 357
14.1 废弃生物质与温室气体排放 357
14.1.1 废弃生物质的处置方法及其温室气体排放现状 357
14.1.2 农业废弃生物质热解炭化的固碳减排优势 360
14.2 生物质炭化过程中的温室气体排放与减排 362
14.2.1 生物质炭化过程中的减排途径 362
14.2.2 废弃生物质炭化过程中的温室气体排放核算 364
14.3 生物质炭农田应用的温室气体减排与评价 365
14.3.1 生物质炭的土壤固碳效应 365
14.3.2 生物质炭对稻田CH4和农田N2O的减排效益 367
14.3.3 生物质炭农田应用的碳足迹评价 373
参考文献 377
第15章 生物质炭发展问题与展望 380
15.1 生物质炭化问题与展望 380
15.1.1 生物质炭化发展概况 380
15.1.2 生物质炭化发展问题 381
15.1.3 生物质炭化发展展望 382
15.2 生物质炭农业利用问题与展望 383
15.2.1 生物质炭农业利用概况 383
15.2.2 生物质炭农业利用问题 384
15.2.3 生物质炭农业利用展望 385
15.3 生物质炭环境修复问题与展望 386
15.3.1 生物质炭环境修复概况 386
15.3.2 生物质炭环境修复问题 388
15.3.3 生物质炭环境修复展望 389
15.4 生物质炭燃料化利用问题与展望 389
15.4.1 生物质炭燃料化发展概况 389
15.4.2 生物质炭燃料化发展问题 391
15.4.3 生物质炭燃料化发展展望 392
15.5 生物质炭参与“碳达峰”和“碳中和”问题与展望 393
15.5.1 生物质炭参与“碳达峰”和“碳中和”概况 393
15.5.2 生物质炭参与“碳达峰”与“碳中和”问题 395
15.5.3 生物质炭参与“碳达峰”与“碳中和”展望 396
参考文献 397
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