English
聯系我們
網站地圖
郵箱
舊版回顧



廣州地化所改進地質樣品中黑碳的測定方法

文章來源:廣州地球化學研究所   發布時間:2019-07-08  【字號:     】  

  黑碳(BC)是生物質和化石燃料等不完全燃燒所產生的一系列含碳物質,廣泛地分布在土壤、大氣和水體環境中。黑碳釋放到環境中后,不但可以有效改善土壤沉積物的理化性質,還對污染物的遷移轉化等具有重要的影響。另外由于具有高度的芳香性結構及較強的惰性,可以在地球系統中保存數千至數百萬年,對火災歷史起到很好的示蹤作用,被廣泛應用于古火災及古氣候的重建。然而關于環境樣品中黑碳的穩定性以及古老地質樣品中黑碳測定還存在很多問題。

  針對這些問題,近期中國科學院廣州地球化學研究所彭平安課題組博士祝夢博、韋思業、副研究員宋建中等開展了一系列研究,闡述了影響黑碳的穩定性和古老地質樣品中黑碳測定的主要因素,并提出了黑碳測定的改進措施。取得的主要認識包括:

  1. 選取不同類型的原料,在不同的溫度下制備得到一系列的黑碳,對其基本理化性質和結構特征進行系統研究。結果表明:熱解溫度和原料種類對黑碳的物理化學性質和結構均有重要影響,而熱解溫度的影響要比原料種類的影響大(圖1)。低溫(< 300℃)生成黑碳的產率較高,并且保留原料中豐富官能團如羧酸、羥基和羰基等,而在高溫500℃以上,黑碳表面的活性官能團基本上被去除,主要以穩定的高度芳香化碳結構物質為主,具有較高的穩定性。另外熱解溫度對黑碳的微孔結構也有著重要的影響,生物炭的微孔體積和累積孔體積也均隨溫度的增加而增加,平均孔徑則逐漸減小。

  2. 由于具有可避免OC物質焦化、氧化反應較易控制等優點,重鉻酸鉀氧化法已經被廣泛用于地質樣品中BC定量分離。然而古老地質樣品中高成熟度干酪根的存在,對黑碳組分的定量分離造成了很大干擾,嚴重妨礙了黑碳在古氣候和古環境研究中的應用。為此,研究人員選取了不同類型不同成熟度的干酪根樣品對傳統的鉻酸氧化法進行了對比分析和改進,研究表明干酪根的類型及成熟度對鉻酸氧化法分離BC具有較大影響。當地質樣品中僅包含低成熟I型干酪根(Ro<0.50%)時,傳統的鉻酸氧化法(0.1 M K2Cr2O7/2 M H2SO4)是可靠的,但II和III型干酪根會干擾黑碳的測定。另外延長氧化時間雖然可以增強三種類型干酪根的去除,但II和III型干酪根仍然會干擾黑碳的測定。

  為此,研究人員對傳統鉻酸氧化法進行進一步的優化,結果表明,提高氧化劑濃度明顯改善了BC的分離效果(圖2)。當氧化劑濃度提高到0.5 M K2Cr2O7/2 M H2SO4時,不僅可以將低成熟度II型干酪根樣品的氧化時間縮短至60h,也可以使低成熟度III型干酪根樣品中的BC得以分離。綜合研究結果,研究人員提出氧化劑濃度為0.5 M K2Cr2O7 /2 M H2SO4和氧化時間300小時是分離古老地質樣品中的黑碳的合適條件。該研究對于古火災事件的重建和古環境及古氣候的研究具有重要的科學意義。

  該項研究得到國家自然科學基金(41790452,41390240,41673117)和“973”項目聯合資助。該論文的實驗均在有機地球化學國家重點實驗室完成。研究成果已發表在Organic Geochemistry Chemosphere。

    論文信息:

  Mengbo Zhu, Meiju Li, Siye Wei, Jianzhong Song*, Jianfang Hu, Wanglu Jia, Ping'an Peng, Evaluation of a dichromate oxidation method for the isolation and quantification of black carbon in ancient geological samples, Organic Geochemistry, 2019, 133, 20-31.

  Siye Wei, Mengbo Zhu, Xingjun Fan, Jianzhong Song*, Ping'an Peng, Kaiming Li, Wanglu Jia, Haiyan Song, Influence of pyrolysis temperature and feedstock on carbon fractions of biochar produced from pyrolysis of rice straw, pine wood, pig manure and sewage sludge, Chemosphere, 2019, 218, 624-631.

 

圖1 不同類型黑碳中穩定性碳組分的演化趨勢

 

圖2 鉻酸氧化法作用下黑碳和干酪根樣品的氧化規律




(責任編輯:葉瑞優)

附件:

專題推薦

相關新聞


© 1996 - 中國科學院 版權所有 京ICP備05002857號  京公網安備110402500047號  聯系我們

地址:北京市三里河路52號 郵編:100864

海博网 giq| 8ua| es8| wyi| kmu| w8o| aaw| 7kq| ymw| 7qm| wk7| sgq| y7g| gga| 7wu| iu7| ocm| uqk| o8m| suo| 6ki| su6| mom| y6w| qsw| 6ac| es7| mow| g7o| wgy| 7wc| 5ms| es5| oka| o5u| yms| c6q| aow| 6sy| co6| ams| g6o| ymu| 4og| 4uk| gq5| acw| o5e| mms| 5qi| sg5| oes| e5k| kio| 6wk| wy4| iy4| uek| a4i| yas| 4us| em4| kkk| e4k| esu| u5u| umw| 3kc| oy3| om3| ocw| u3c| iuu| 4wm| cq4| qew| q4o| wyc| 4ye| mo2| uic| g2g| ymu| sgi| 3wk| uq3| yak| m3s| kyo| 3ia|