生物质炭作为重要的绿色资源,不仅可以用作清洁能源、炭材料等,还可直接作为炭基肥基料施用于土壤,提高土壤的肥力及养分利用率,调节p H,改良结构,改善微生物生存环境,并吸附和固定土壤中的污染物,从而达到改良和修复土壤的目的。小麦秸秆是我国主要的秸秆生物质资源之一,具有产量大和可再生等优点。本文利用小麦秸秆低温热解制备麦秸生物质炭,研究其吸附重金属性能和在土壤中固定重金属、提高农作物生长和品质的应用效果,对于解决和减少农业秸秆焚烧,农业废弃物高效利用和促进绿色发展具有重大意义。通过热失重分析发现,麦秸原料热解过程可大致分为四个阶段:干燥、预热解、热解和炭化。干燥阶段为麦秸升温及表面水脱离的过程;预热解阶段为麦秸结合水脱离和少量的解聚反应的过程;热解阶段为半纤维素和纤维素大量分解的过程;炭化阶段为木质素和残余物缓慢分解和炭化的过程。其中热解阶段(260～370℃)麦秸的质量减少明显,失重率高达50%。通过考察不同热解温度对麦秸生物质炭性能的影响发现,随着热解温度升高,收率降低,比表面积、p H增大,轻组分逸出,C含量增大,炭化程度增加。FTIR显示,热解的温度越高,-OH、C-O和C=O吸收峰强度越弱,长碳链断裂。通过考察吸附条件对麦秸生物质炭吸附Pb(Ⅱ)过程发现,生物质炭对溶液中Pb(Ⅱ)去除率和吸附量随溶液p H的增加而增加。Pb(Ⅱ)去除率随固液比增大而增加。固液比为1.5～2 g/L,p H为5～6时更有利于麦秸生物质炭对Pb(Ⅱ)的吸附。吸附等温线和热力学研究发现麦秸生物质炭吸附Pb(Ⅱ)的过程符合Langmuir等温模型,为自发的吸热过程。吸附动力学研究发现吸附过程符合准二级动力学模型,可能受表面吸附及颗粒内扩散共同控制。吸附过程可能同时存在物理吸附和化学吸附。采用制备的麦秸生物质炭,通过在土壤中施加不同剂量生物质炭及不同浓度的Pb(Ⅱ)溶液,与土壤混合均匀后种植小白菜。通过研究生物质炭对土壤中Pb(Ⅱ)的固定作用及对作物品质的影响发现,土壤中施加生物质炭可以有效降低小白菜组织中的Pb(Ⅱ)含量。小白菜组织中Pb(Ⅱ)含量随生物质炭施加比例的增加而降低,说明生物质炭可有效地吸附并固定Pb(Ⅱ),减少小白菜对Pb(Ⅱ)的吸收。在本研究的条件下,在土壤中添加1%的生物质炭,小白菜组织中Pb(Ⅱ)含量满足GB 2762-2012中对新鲜蔬菜的铅含量限定值。采用制备的麦秸生物质炭混合复合肥制备炭基肥,考察不同肥料对番茄生长和品质的影响发现,生物质炭对番茄株高株径有一定的抑制作用,炭基肥和复合肥促进了番茄株高株径的增长。施加生物质炭、炭基肥和复合肥,番茄维生素C和可溶性糖含量以及糖酸比均有不同幅度的增加。但对有机酸含量的影响不一,其中施加炭基肥时,有机酸含量下降明显,最大达到22.2%。炭基肥与生物质炭及复合肥相比,番茄中有机酸的含量降低,糖酸比增大,改善了营养品质,生物质炭可部分代替复合肥,同时番茄品质不会下降。