XRD光谱分析是研究物质内部结晶结构物质的重要手段。 利用X射线技术分析了不同物料来源和制备方式对生物炭结晶结构特征及其炭化机理。 结果表明: 生物炭均含有d101和d002晶面衍射峰类石墨微晶纤维素炭, 但炭化后析出的盐分随不同物料, 差异较大, 如牛粪、 蓖麻粕以及糠醛渣的CaCO3含量要高于其他生物炭, 而仅牛粪与蓖麻粕含有CaMg(CO3)2。 随温度升高, 玉米秸秆炭中半纤维素优先分解, 然后为纤维素石墨微晶化, 结晶度提高, 向更稳定的碳化合物转化。 其中的矿物盐分随着炭化裂解温度升高, 由稀土类氧化物→醋酸盐类物质→碳酸盐类物质逐步析出, CaCO3的含量也随之增多。 不同炭化方法的炭化机理不同, 先干燥后炭化可促进半纤维素的分解, 高温微波处理则是强烈震荡, 主要促进物质多键断裂分解, 碳酸盐类物质析出相对较少。 通过X射线衍射分析可以很好研究生物炭内部结构结晶特征, 可有效反映其炭化过程裂解机理。

以吉林省典型盐碱土为研究对象, 对比分析水田与旱田利用方式下土壤粘粒矿物的组成特征, 并利用X射线衍射(XRD)光谱研究两种利用方式下粘粒矿物的演化规律。结果表明, 水田利用方式下, 盐碱土各项理化性质均优于旱田利用, 且水田利用较旱田利用更能促进盐碱土颗粒风化, 提高粉粒颗粒含量。水田利用下土壤有强烈的脱钾过程, 粘粒矿物的水化程度较高, 伊利石结晶度降低。XRD光谱分析表明, 两种利用方式下粘粒矿物组成相似, 但衍射峰的强度及峰位存在差异。旱田利用的盐碱土粘粒矿物演变过程主要为S/I混层矿物→蛭石, 水田方式下演变过程则主要为黑云母→伊利石和S/I混层矿物→蛭石→高岭石; 长期水田利用后的盐碱土会出现一类羟基化的“绿泥石化”矿物。研究结果表明水田利用更有助于改善土壤结构, 培育高肥力土壤, 对盐碱土的改良效果较好。利用XRD光谱分析方法, 较为全面的测定了粘粒矿物的各项特性, 并针对两种利用方式进行对比分析, 是土壤矿物研究的新视角。

红外光谱是了解生物炭结构性质特征的重要手段。 通过采用傅里叶红外光谱技术(FTIR)对不同物料和制备方式的生物炭结构性质特征进行表征。 结果表明: 不同的物料制备的生物炭均具有羟基、 芳香基及一些含氧基团的吸收峰, 与活性碳有共同特征; 但其他吸收峰, 有着显著差异。 高温炭化可以使玉米秸秆中—OH, —CH3, —CH2—, CO间发生缔合或消除, 促进了芳香基团的形成。 在不同炭化方式下, 加热和微波炭化, 对生物炭形成有着机理上差别, 加热炭化可致使醇、 酚中的—OH彼此结合或者消除, 形成苯环类基团, 而微波法能使得芳香基团钝化阻止其参与反应, 使得苯环类物质得以更多形成。 综上表明, 红外光谱可较好反映生物炭的结构特征, 揭示了生物炭主要含有—OH、 芳香基团等活性基团。