熱解是廢棄生物質(zhì)重要的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)。市政污泥是典型的廢棄生物質(zhì)，污泥熱解衍生生物炭富含碳、磷（P）硫（S）和其他作物所需的營(yíng)養(yǎng)組分，具有廣闊的土壤應(yīng)用前景。污泥中P、S元素在土壤重金屬鈍化過程中起著關(guān)鍵作用，但是目前污泥生物炭中P、S進(jìn)入土壤后其形態(tài)分布、轉(zhuǎn)化特征和歸趨尚不明確；另外，關(guān)于污泥熱解-土壤應(yīng)用過程中碳封存及溫室氣體排放缺乏系統(tǒng)研究。劉振剛研究組近期利用同步輻射中能X射線近邊吸收結(jié)構(gòu)（XANES）等原位表征技術(shù)研究了污泥生物炭中P、S在熱解及土壤老化過程中形態(tài)演化的分子機(jī)制，并首次通過生命周期評(píng)價(jià)方法量化了污泥熱解-污泥生物炭土壤應(yīng)用系統(tǒng)中碳足跡。相關(guān)成果發(fā)表在Environmental Science & Technology（doi: 10.1021/acs.est.2c00632）和Journal of Cleaner Production（2022, 358, 132057）期刊。  

結(jié)果表明，污泥中磷酸鐵（Fe-P）、有機(jī)磷在熱解處理過程中轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的類羥基磷灰石結(jié)構(gòu)化合物，而熱解過程中超過58%的硫被還原為S2-并與污泥中重金屬等陽離子形成穩(wěn)定的硫化物；在土壤老化過程中，污泥生物炭中穩(wěn)定態(tài)磷又逐漸轉(zhuǎn)化為有效性相對(duì)較高的形態(tài)（鈣弱結(jié)合態(tài)磷），而硫化物逐漸被氧化、轉(zhuǎn)化成活性高的無機(jī)硫酸鹽形態(tài)。此外，由于對(duì)氧化還原環(huán)境響應(yīng)機(jī)制差異，污泥生物炭中磷、硫在盆栽和大田土壤中呈現(xiàn)明顯不同的形態(tài)變化特征。熱解過程中磷、硫通過吸附、沉淀及硫化等反應(yīng)影響并顯著降低了污泥-土壤系統(tǒng)中重金屬的有效態(tài)含量和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。通過生命周期評(píng)價(jià)體系對(duì)污泥熱解及其土地利用過程中碳足跡和關(guān)鍵影響因素進(jìn)行量化和敏感性分析，結(jié)果顯示，相對(duì)于傳統(tǒng)污泥厭氧消化-土地利用、填埋、焚燒等處理方式，污泥熱解-土地利用碳排放消減率可達(dá)53%以上，碳減排優(yōu)勢(shì)顯著。

　　以上研究成果闡明了生物炭-土壤系統(tǒng)中典型有益元素形態(tài)演化規(guī)律、碳足跡及其關(guān)鍵影響因素，為廢棄生物質(zhì)無害化處理、資源化利用和固碳減排提供重要理論支持。 

　　以上研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和山東省重大科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。  

　　論文鏈接詳見： 

　　https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.2c00632 

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095965262201664X