生物炭
生物炭资料
生物炭生物炭是一种源自自然界的、具有独特功能的碳质材料。
它是通过在无氧或低氧条件下加热生物质而制得的黑色颗粒或粉末。
生物炭拥有独特的孔隙结构和丰富的表面功能团，使其具有许多用途和潜在的应用领域。
生产过程生物炭的生产过程主要涉及生物质原料的热解或气化过程。
在这个过程中，生物质原料，如木材、秸秆等被加热至高温并在缺氧或低氧的环境中进行热解或气化，产生固体产品即生物炭。
物理性质生物炭的物理性质通常包括表面积、孔隙度、密度等。
生物炭的表面积通常较大，孔隙度丰富，这使得它具有较强的吸附能力和化学反应活性。
化学性质生物炭的化学性质取决于原始生物质的来源和生产过程中的参数控制。
生物炭中通常含有丰富的功能基团，如羟基、甲基等，这些功能基团使得生物炭在吸附、催化等方面具有特殊的性质。
应用领域生物炭在许多领域都有广泛的应用。
其中，农业领域是一个重要的应用领域之一。
生物炭可以作为土壤改良剂，提高土壤肥力和改善土壤质地。
此外，生物炭还可以作为畜禽饲料添加剂，提高动物的养殖效率。
在环境领域，生物炭也具有重要意义。
生物炭可以用于水处理、废水处理等领域，吸附有机污染物、重金属离子等，起到净化水质的作用。
除此之外，生物炭还可以用于能源生产、污染治理、建筑材料等领域。
生物炭具有广泛的潜在应用价值，因此受到越来越多研究和产业界的关注。
结语生物炭作为一种新型碳质材料，具有多样化的应用潜力，为解决环境问题、提高农业生产效率、推动可持续发展等方面提供了新的可能性。
随着对生物炭研究的深入，相信生物炭将在更多领域展现出其价值和潜力。
生物炭简介
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生物炭在环境方面的应用价值
生物炭还可以用来处理工业废水、生活 污水。如纺织厂、造纸厂排出的污水。 对受重金属污染的土壤也有修复作用。 类似活性炭，可以吸附有毒气体，如熟 知的甲醛、笨、甲苯等。
生物炭在农业方面的应用
生物炭改善土壤的机理 1：生物炭能够显著提高土壤pH、改变土壤质 地、增大盐基交换量，从而引起土壤CEC（阴 阳离子交换量） 增加 ，促进植物离子吸收。 2：生物炭本身具有丰富的微孔结构与极强的 吸附性，因此可以吸附较多的养分元素、矿质 离子等。并且可以改变土壤的物理性状和结构， 促进土壤生物化学和物理化学的交互作用而提 高土壤养分利用率，及养分的缓释效应。以达 到提高土壤肥力的作用
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与其他形式炭的比较
概念 生物炭Biochar 炭Char 木炭/炭黑Charcoa 内涵 强调生物质原料来源和农业科学、环境科学中的应用，主要用于土 壤肥力改良、大气碳库增汇减排以及受污染环境修复 。 泛指炭材料，尤其强调天然火在自然状态下烧制形成 。 制作过程和性质特点与生物炭相似，多使用木头、煤炭作为原 料． 强调应用于燃料、工业热炼、除臭脱色的生物质热解残渣， 具有高热值和高内表面积 。
农业炭Agrichar
活性炭Activated ca炭质材料，可认为生物炭在农 业科学的特定称谓 。
强调制作过程中为增强表面特性的应用而人为采用极高温( 通常＞ 700 ℃) 、物理化学手段( 如高温气体或化学药剂) 活化的、高比表 面积、高吸附特性的疏松多孔性物质，常用于受污染环境的修复、 环境工程处理等方面 。 泛指各类有机质不完全碳化生成的残渣，包括炭黑、生物炭、活性 炭、焦炭等各种炭质材料。
生物炭改良土壤的原理
生物炭改良土壤的原理
一、增加土壤有机质
生物炭是由生物残体在缺氧或低氧条件下热解形成的炭化物质。
它的有机碳含量很高，通常在60%以上。
将生物炭施入土壤后，能够显著增加土壤中有机碳的含量，提高土壤的有机质水平。
这种增加可以改善土壤的物理性质，提高土壤的保水能力和养分保持能力。
二、改善土壤结构
生物炭的多孔性和高比表面积使其具有良好的吸附性能，能够改善土壤的孔隙度和通透性，降低土壤容重，提高土壤的持水能力。
此外，生物炭还能促进土壤团聚体的形成，进一步改善土壤的结构和稳定性。
三、提高土壤pH值
生物炭具有较高的pH值，通常在7-9之间。
将生物炭施入土壤后，可以提高土壤的pH值，降低土壤酸度。
这对于改善酸性土壤和防止土壤酸化具有重要的意义。
四、吸附和缓释营养元素
生物炭具有巨大的比表面积和多孔性，能够吸附和缓释营养元素，如氮、磷、钾等。
这种吸附作用可以减少营养元素的流失，提高养分的利用率。
同时，生物炭的缓释作用可以调节养分的释放速率，延长养分供应时间，有利于植物的生长。
五、促进微生物生长繁殖
生物炭的多孔性和高比表面积为其提供了良好的生物环境，能够为微生物提供附着和栖息的场所。
同时，生物炭还含有一定的养分和有机碳，能够为微生物提供能量来源和生长所需的营养物质。
因此，生物炭的应用可以促进土壤微生物的生长繁殖，提高土壤微生物活性。
微生物的生长繁殖可以进一步改善土壤的理化性质，提高土壤肥力。
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进入木炭煅烧阶段
排出其中的大部分挥发组分，此时 生成的液体产物已经很少
•炭化结束后木炭中固定炭含量在75%～85%之间。
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• （1）堆烧法
•
• 程序： 将炭化原料竖立或横放在垫木上，上铺一层 小树枝或柴草，再用黏土覆盖密封，同时修筑一排烟口
或装一根排烟管，然后点火烧制。烧炭过程中，要注意 供给的空气量。
农业炭Agrichar
活性炭Activated carbon
强调用于农业土壤改良、作物增产的炭质材料，可认为生物炭在 农业科学的特定称谓 。
强调制作过程中为增强表面特性的应用而人为采用极高温( 通常＞ 700 ℃) 、物理化学手段( 如高温气体或化学药剂) 活化的、高比 表面积、高吸附特性的疏松多孔性物质，常用于受污染环境的修 复、环境工程处理等方面 。
•
•
出炭率：硬木原料 20%~35%，软木原料
14%~18%。
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• 比利时兰姆比奥特公司利用立式干馏釜进行连续生产， 由于这种大规模生产投资强度大，所以限制了在发展中 国家的应用。
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（2）窑烧法
• 程序：烘窑、缺氧闷烧、闷窑。
•
• 出炭率：黑炭15%~20%，白炭比黑炭少
•
1/4~1/3。
•
• 窑基上的空气进口不能关闭，窑顶部的孔下方堆放一些 易燃的碎棒或树枝，使窑易于点燃。
• 装窑结束后两扇门必须密封好。
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②炭化ห้องสมุดไป่ตู้从窑顶排孔燃着的木炭，确保窑内棒材能被很好地点燃。 炭化过程中根据烟的颜色来判断炭化程度，通过打开的关闭
窑基的空气孔来控制进程。
烟气的变化与反应过程：
白色烟汽
透明的蓝色
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生物炭简介ppt课件
生物炭的主要应用领域
生物炭在农业领域中具有广泛 应用，如改善土壤质量、提高 作物产量和减少化肥使用等。
生物炭还可以用于污水处理、 空气净化、能源生产等领域。
在环保领域，生物炭可以用于 重金属吸附、有机污染物的光 催化降解和微生物固定等。
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生物炭的性质与特点
生物炭的物理性质
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生物炭生产成本较高，市场推广难度较大
生物炭产业的发展前景与挑战
公众对生物炭的认知程度有限，需要加强宣传和教育 生物炭的商业化运作需要进一步完善政策和法规
生物炭技术的推广与应用中存在的问题及解决方案
生物炭技术的推广和应用中存在 的问题
技术研发和市场应用脱节，科技 成果转化难度较大
缺乏专业的技术人才和技术支持 体系
生物炭的主要特点
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生物炭的吸附性能
生物炭具有较好的吸附性能， 可广泛应用于水处理、土壤修 复、大气污染控制等领域。
生物炭的稳定性
生物炭具有较好的化学稳定性 ，可在较宽的温度和pH范围
内保持稳定。
生物炭的安全性
生物炭本身不含有毒物质，使 用安全可靠。
生物炭的可再生性
生物炭可由有机废弃物制备， 具有良好的可再生性，有利于
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供给情况
目前，生物炭的供给量还不能满足市 场需求，需要进一步扩大生产规模和 提高产品质量。
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生物炭的应用领域
农业领域的应用
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提高农作物产量
生物炭能够改善土壤结构，提高土壤的保水能力 和透气性，从而有助于提高农作物的产量。
增强农产品品质
生物炭含有多种营养元素和有机物质，能够为农 作物提供丰富的养分，从而提高农产品品质。
生物炭对土壤肥料的作用
生物炭对土壤肥料的作用1. 引言1.1 生物炭的定义生物炭是一种由生物质经过高温热解或氧化制备而成的黑色炭质材料。
它具有多孔结构和大表面积，具有很强的吸附性能。
生物炭不同于一般的煤炭或木炭，它经过特殊制备过程后含有丰富的微生物和有机物质，对土壤具有很好的改良作用。
生物炭在土壤中可以增加土壤的肥力、改善土壤结构、提高土壤保水保肥能力，并且可以促进土壤微生物的活性。
生物炭与其他肥料混合使用，可以提高肥料的利用率，减少肥料的流失，从而减少环境污染。
生物炭是一种具有很高应用价值的土壤改良剂，它不仅可以提高土壤肥力，改善土壤质地，还可以减少化肥的使用量，减少环境污染。
生物炭对土壤肥料的作用是非常积极的，有着广阔的应用前景。
1.2 生物炭对土壤肥料的重要性生物炭具有很强的吸附能力，能够吸附并固定土壤中的营养元素和有害物质，减少其在土壤中的流失和淋洗，从而提高土壤的肥力和保护环境的效果。
生物炭可以改善土壤的结构和通气性，增加土壤孔隙度，有利于根系生长和水分渗透，促进植物的生长和发育。
生物炭还可以促进土壤微生物的活性和多样性，增加土壤有机质的含量，提高土壤的肥力和生态系统的稳定性。
生物炭在土壤肥料中的应用具有重要的意义，可以提高土壤的肥力和水分保持能力，减少化肥的使用量，改善环境质量，实现可持续农业发展的目标。
研究和推广生物炭对土壤肥料的作用具有重要的现实意义和发展前景。
"2. 正文2.1 生物炭的制备方法生物炭的制备方法有多种，其中主要包括炭化和激活两个过程。
在炭化过程中，生物质被加热至高温而不氧化，使其转化为炭，而这个过程可以通过不同的方式来实现，比如慢炭化、快炭化、气化等。
慢炭化是将生物质加热到500-700摄氏度，这个过程需要一定的时间，但可以获得高质量的生物炭。
快炭化则是通过高温快速加热生物质，不需要太长时间，但生产的生物炭质量可能略低。
气化是指通过气体对生物质进行碳化，这个方法比较节能环保，但成本略高。
生物炭的理化性质
生物炭的理化性质
生物炭的理化性质
1、结构性质：
（1）形貌：生物炭的形貌是粉末状，质地疏松浮粒，可根据需要将粉末进行集团。
（2）性状：生物炭显灰色，易湿性，给人安定、舒缓的感觉，气味淡淡、甜甜的。
（3）粒径：生物炭粒径常为3-10μm，也可以根据需要改变粒径，例如在制作日化产品时，可采用500μm的粒子。
（4）表面形态：具有多孔、毛状、碎片式等多种形态，表面颗粒不宜过大。
2、物理性质：
（1）密度：生物炭密度一般为0.45-1.1 g/cm3，其大小受原料性质与制备技术影响。
（2）比表面积：普遍为1000-4250m2/g，表明生物炭具有很大的比表面积，有较大的吸附力。
（3）折射率：1.4-2.4，偏小，弹性系数较低。
3、化学性质：
（1）抗碱性：生物炭碱度高，表明其抗和对抗碱的能力强。
（2）吸湿性：生物炭具有很强的吸湿性，可溶解大量的水分，把水分子吸附在表面上，使用时体积会发生变化，但不会发生化学反应。
（3）亲水性：生物炭本身是亲水性,在液体持续浸泡时会形成胶状物。
（4）耐酸碱性：生物炭对弱酸弱碱有很好的耐受性，对高浓度酸碱有较好的抑制作用。
4、选择性：
生物炭也有选择性，它可以选择性吸附某些有机物质。
透明度和粒径可以改变，一般可用于制备医药、染料、精细化学、农药、饲料添加剂等。
5、耐低温性：
生物炭具有很好的耐低温性，室温下不易受腐蚀，保持稳定性，长期密闭可以长达15年不变质。
6、耐高温性：
生物炭也具有较好的耐高温性，可以在高温环境下使用，一般在最高温度为120摄氏度左右，具有较高的热稳定性，可以长期使用。
生物炭简介
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②炭化 从窑顶排孔燃着的木炭，确保窑内棒材能被很好地点燃。 炭化过程中根据烟的颜色来判断炭化程度，通过打开的关闭
窑基的空气孔来控制进程。
烟气的变化与反应过程：
白色烟汽
透明的蓝色
无色透明
成型棒料中水分蒸发
发生热解反应
炭化完成
• 不同炭化阶段的控制措施： • 点燃后不久，从烟囱冒出白色的烟，表明木材中水分蒸 发，碳化面积正在增加，此时要通过空气进口控制空气 供应量，依靠烟囱把炭化的气体排出。 • 注意：排烟口不能有火焰出现。 • 当烟色变为透明的蓝色，必须把所有的空气进口关闭。 这一阶段称为煅烧。 • 当烟气变得无色透明时，就要把烟囱也关闭，碳化过程 结束。 • 注意：烟囱不应过早关闭，以避免炭化不完全的情况发 生。
生成的果壳炭落入冷却段自然冷却后，定期由炉底部的装料装置卸出。
果壳炭化炉的炭化工艺
• 炭化工艺流程：
果壳（椰壳、杏核、桃核）经风选，除去沙石、土块后，用
提升机送至炉顶的加料槽，果壳借重力进入炭化槽，分别通 过预热段、炭化段、冷却段从卸料器出料。 • 通常，每8h加料一次，每1 h出料一次，物料在炉内停留时间 4-5 h，炭化连续进行。 炉内炭化区域温度通过调节进风口吸气量的多少进行控制。
木炭、木焦油、木醋液、可燃气体
• 干馏过程是生物质的热分解过程，是根据不同的受热温度分阶段进行 的。 热分解温度不同，则产物成分也不同。
成型燃料
装釜
干馏
冷却 副产品
木炭
外热式干馏炭化釜炭化的工艺过程
将成型燃料竖直摆放在炭化釜内，锁紧法兰，釜底点火加热， 产生的水蒸汽及烟由排烟孔排出。 当釜内温度升高到一定时，成型燃料热分解产生的可燃气体由 排气孔排出并在釜底点燃，给炭化釜继续加热炭化，直到气体 基本耗尽，冷却后即得木炭。
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化学前沿论文论文题目：生物炭的应用（综述）课程名称：化学前沿学院：化学与化工学院学生姓名：**学号：**********指导老师：**2015年7 月28 日生物炭的应用（综述）摘要近年来，随着南美亚马逊流域考古发现黑土（black earths）及对其进行深入的研究，了解到生物炭不仅能改变土壤的pH、改变土壤的有机质及土壤的水分，还能改变不同农作物的形态特征，并且能提高全球粮食安全保障，它更能减缓全球气候变化。
本文将从生物炭的元素组成及其物理化学性质；生物炭的制备和对土壤理化性质的影响生，物炭对作物物态特征和养分吸收的影响等方面进行综述，以便人们对生物炭有更进一步的了解和重视，从而减少因对生物炭的生产及农用重视程度不够而造成资源的大量浪费。
并且用废弃生物质生产生物炭，实现可持续发展道路。
关键词：生物炭、物化特征、影响、展望。
Application of biological carbon (review)AbstractIn recent years, with the South American Amazon River Basin earths black (black earths) and its in-depth study,To understand the biological carbon can not only change the soil pH, soil organic matter and soil moisture, it can also change the morphological characteristics of different crops, and can improve global food security, it can mitigate global climate change. The from the biological carbon elemental composition and physical and chemical properties; biological activated carbon prepared and on soil physical and chemical properties of effects, carbon on state characteristics of crops and nutrient absorption effect were reviewed, so that people of biochar has further understanding and recognition, thereby reducing the result of biochar production and agricultural utilization degree of attention is not enough to cause resources wasting. And the use of waste biomass production of biological carbon, to achieve sustainable development path.Key words: biological carbon, physical and chemical characteristics, influence and Prospect.引言自从进入21 世纪以来，人们逐渐遭到“环境、能源危机、粮食”等各种因素的影响，并且情况越来越变得严重，因此，不同国家的政府、专家、学者等都在探索着各种能够解决这些危机的办法，但效果却不是很明显。
正在这个时候，生物炭以它特有的物化性质、并且具有丰富的资源来源和无限的应用前景而逐渐被人们所认识，并且以“黑色黄金”的美誉著称，它因此也成为了各研究领域的热点之一。
在农业环境领域方面，生物炭能对土壤与水体重金属污染、土壤环境的PH值、农药及化学品残留物等农业有机污染以及农田中温室气体的排放等不良环境都有着积极改良、修复或缓解的作用。
在农作物的生产领域方面，科学家们则从各种不同方面进行了有利的探究，并且表明生物炭所具有的特殊结构和物化性质对于土壤结构及其理化性质的改良以及促进微生物的生长和繁衍、并且在提高农作物产量和质量等方面都有着很重要的作用。
中国不仅是一个人口大国，更是一个农业大国。
农业资源严重不足，过度开发已导致生态失衡，环境污染恶化已成为了不争的事实。
因此，在农业生产中，必须要很清楚地认识到农业生态环境良性循环的重要性。
必须明白“土壤-作物-环境”是相互依存，不可分割的整体。
另外，任何资源和环境的提前“支出和消费”，都是对子孙后代的不负责任！所以，确保农业环境安全，对于实现农业可持续发展非常重要。
生物炭技术接合了“低碳、环保、可持续”等现代农业发展理念，在治理土壤污染、保护农业环境、维持生态系统平衡、促进农业环境良性循环和可持续发展等诸多方面，都将具有重要的作用和意义[1]。
1.生物炭概述1.1生物炭的起源生物炭的研究起源于人们对南美亚马逊流域一种叫―印第安黑土（Terra preta）土壤的发现和关注。
黑土是古人类通过刀耕火种的生活从而形成的一种独特的肥沃土壤，并且黑土到现在依旧是全世界最为肥沃的土壤之一。
通过人们不断的研究发现，这种黑土中含有着大量木炭，其木炭含量比与之相邻的非黑土土壤要多得多，由于印第安黑土中的木炭主要来源于自然火灾或人们炊事活动燃烧木柴的剩余物，因此这些土壤中传统意义上的黑炭（black carbon）则被认为是生物炭的最初形式[2]。
1.2生物炭的定义生物炭(biochar)又被称为生物质炭,它在不同的研究阶段则有着不同的名称,其中包括稻壳炭、木炭、竹炭和棺行炭之类。
由于生物炭并没有固定的定义，因此从狭义上讲，它一般指的是生物质原料(比如木屑、农作物秸杆、动物的尸体和粪便、淤泥、树叶等等)在完全缺氧或部分缺氧的环境下,并且在一定温度条件（通常温度控制在700 °C以下为宜）通过热解产生的一种含炭元素的固态物质,。
而从广义上讲,生物炭则是一种黑炭,它与其他种类黑炭一样，就目前来说，学术界对此还没有形成公认的区分标准[3]。
2.生物炭的物理和化学性质2.1生物炭的元素组成生物炭中不仅碳含量很高，其氮、磷、钙、钾和镁的含量也比较丰富，并且这些养分元素也是供给植物生长所需的营养元素。
生物炭随着它的裂解温度的升高其各元素含量变化不一。
例如，生物炭中的氮和碳的含量因燃烧挥发而随裂解温度的升高而变得越来越少，但是钙、钾、镁、磷的含量却随着裂解温度的升高而变得越来越多。
2.2生物炭的比表面积及孔结构特征生物炭比表面积的大小不仅受到原料种类影响，还受到其裂解温度的影响。
一般而言，生物炭的比表面积随着裂解温度升高而逐渐增大。
并且研究者还发现当生物炭的热解温度从150℃升高到500℃时，其比表面积则从12 m2·g-1增加到307 m2·g-1。
生物炭的孔隙的大小决定了生物炭表面积的大小。
按照生物炭孔径的大小可将其孔隙分为大孔隙(> 50 nm)、小孔隙(< 2 nm)和微孔隙(< 0.9 nm)三种类型。
大孔隙不仅对土壤的通气性和保水能力都有着很大的影响，而且也能够为微生物提供重要栖息地和繁殖的场所；小孔隙则对生物炭转移和吸附固定分子都有重要的作用。
由于生物炭的多孔特性，因此施用生物炭后不仅能改善土壤通气状况，降低厌氧程度，从而抑制反硝化作用，影响土壤中的氮循环[4]。
而且对于有效磷含量很低的土壤，生物炭能够结合土壤中的Al3 +和Fe3 +，促使磷由闭蓄态转化为有效态[5]。
2.3生物炭的碱性由于生物炭中有一定含量的碱性物质，因此一般为碱性。
其原因是因为植物通过吸收养分从而使体内含有一定量的镁、钙和钾等金属阳离子，而为保持植物体内电荷平衡，因此植物在生长发育过程中其体内会积累一定量的碱基，由于这些碱基通过高温热解后将会被浓缩，因而生物炭的碱性会随着裂解温度升高而逐渐变大[6]。
2.4生物炭的稳定性生物炭的稳定性受裂解温度、原料组成以及裂解持续时间等各种不同因素的影响，然而生物炭裂解温度和原料这两个因素对生物炭环境行为与效应的影响则是最为重要的。
Bruun等人对不同热解条件下小麦秸秆制备的生物炭进行培养实验，研究表明，随着热解温度升高生物炭中纤维素和半纤维素的含量渐渐变小，秸秆炭的矿化速率减小，并且两者之间形成线性正相关。
除此之外，Wu则使用水稻秸秆为生物炭原料，对不同炭化停留时间以及炭化温度对生物炭元素组成以及结构特征的影响都进行深入的分析，最后分析结果表明，炭化温度对水稻秸秆生物炭性质的影响比炭化时间对其影响要大；并且随温度的升高，生物炭的芳香化程度越来越大，稳定性越强[7]。
除此之外，Zimmerman还研究表明环境中生物炭的半衰期为622~4×10７a[8]。
3.生物炭的制备以玉米秸秆作为原料，用蒸馏水将其清净后，在65℃温度条件下烘干。
再用粉碎机将秸秆粉碎后并放入不锈钢盒子中，在不同温度下(如300、400、500℃)的马弗炉中高温裂解1.5个小时，裂解后的样品通过20目筛，并装入棕色瓶中加以保存，并将制得的样品分别标记为M300、M400、M500。
然后通过对比在不同裂解温度条件下生物炭的形貌特征、孔结构特征和比表面积和理化性质进行分析，最后挑选出适用的生物炭。
并用1 mol.L-1盐酸洗除生物炭(M300、M400、M500)中的灰分，然后过滤，再用蒸馏水清洗干净，在70℃温度条件下烘干，为制得样品分别标记为H300、H400、H500[8]。
4.生物炭对土壤性质的影响4.1生物炭对土壤理化性质的影响4.1.1土壤 pH土壤酸碱度的大小严重影响土壤肥力和植物生长，它是反映土壤特性的重要指标之一。
由于生物炭的灰分中富含盐基离子如钠、钾、镁以及钙等等，若将其作为土壤改良剂并且施用到土壤中后，则能够降低土壤氢离子及交换性铝离子水平，从而显著增加土壤的pH值。
由于高温热裂解的生物炭中具有较多的灰分，其酸性挥发物更少，pH值更高，所以在酸化土壤的改良中，高温生产的生物炭比低温生产的生物炭具有更好的效果。
4.1.2土壤有机碳土壤有机碳由不同稳定性成分组成，可划分为活性和惰性有机碳库添加生物质炭既可影响到土壤惰性有机碳碳库，也可影响到活性有机碳碳库。
添加生物质炭可以显著增加土壤有机碳的半衰期[9]。
4.1.3土壤水分有机质含量、质地以及结构对土壤保水能力有着很大的影响。
将生物炭使用到土壤中后能够改变土壤团聚程度以及孔隙度，从而改变土壤的保水能力，土壤比表面积的相对变化的大小决定了土壤保水能力的强弱[10]。