近年来,利用生物质废弃物如农作物残体、畜禽粪便等制备生物炭获得国内外学者的广泛关注。生物质在无氧状态下热解转化为芳香化的富碳物质即生物炭。生物炭具有高度的碳稳定性,被认为是一种能有效缓解温室效应的固碳材料,制备出高产率、富碳且高稳定性的生物炭对固碳有重要意义。生物质中含有的少量金属矿物对生物质的热解起着不可忽视的催化作用,且已有研究证明不同种类矿物质添加均对生物质热解炭化过程有显著影响,但少有研究探索生物质内源和外加矿物对生物炭固碳的影响。本文选用4种不同类型生物质,花生壳、大麦草、牛粪和污泥,采用酸洗去矿和外加矿物的方法,在500℃下制备生物炭,考察生物质内源矿物和外加矿物对热解过程、对生物炭中碳保留及碳稳定性的影响。研究结果如下:用以制备生物炭的原始生物质中花生壳和大麦草中均含有KCl,花生壳和大麦草中分别还含有CaCO₃及NaCl;牛粪中含有较多的CaCO₃、Ca（COO）₂和KCl;污泥中除了CaCO₃、Ca（COO）₂外,还含有较多SiO₂。花生壳、大麦草和牛粪中内源矿物质对生物质热分解起催化作用,将碳骨架的主体分解温度从250⁴00℃降低到200³50℃,其存在能降低生物质热分解的活化能;而污泥中由于矿物成分复杂,碳含量低,则未呈现此结果。花生壳和大麦草中典型矿物为KCl;牛粪中Ca元素含量较高,以CaCl₂等形态存在;KCl和CaCl₂都能对生物质热分解起催化作用,CaCl₂的分解催化效应比KCl更显著。去矿后的生物质分解温度滞后,但分解速率明显增加。机械混合对生物质没有催化作用,而将生物质与矿物溶液混合才对生物质热解产生催化效应,Ca₃（PO₄）₂的催化作用不明显。矿物质对生物质热分解过程中官能团的形成有影响。花生壳、大麦草和牛粪去矿后制备的生物炭苯环上的C=C键振动变强,而1400cm^-1左右代表CO₃^2-的C-O振动显著减弱;P-O根由于酸洗去矿基本被消除;去矿花生壳和去矿大麦草中添加KCl后苯环上的C=C强度减小,CO₃^2-振动小幅提高。去矿牛粪添加CaCl₂后,羟基振动峰显著增强,苯环上的C=C、CO₃^2-及C-O-C振动有所偏移且峰强明显增强。生物炭碳保留率和碳稳定性是固碳的两个关键因素。研究表明,内源矿物对碳保留起负面作用,去矿后的生物质在形成生物炭的过程中碳保留有增加的趋势,但由于内源矿物含量较低碳保留率变化趋势不明显。生物质去矿后制备的生物炭无序化指数I_D/I_G均有所降低,分别从1.28、1.30和1.48降低至1.27、1.23和1.29;污泥中含碳量较低未呈现此规律。无矿物时制备的生物炭碳骨架碳氧化损失率均大幅下降,表明去矿后生物炭产物中碳化学稳定性有明显增加。在去矿花生壳和去矿大麦草中添加KCl后,生物炭碳保留显著增加,生物炭碳骨架碳损失率减少44.7%（花生壳）、27.4%（大麦草）,I_D/I_G有所降低,表明KCl提高了生物炭的石墨化程度和生物炭化学稳定性。去矿牛粪中添加CaCl₂后其碳保留显著增加,其无序化指数大幅增加同时碳氧化损失率大大提高,表明CaCl₂降低了生物炭的石墨化程度和化学稳定性。添加Ca₃（PO₄）₂对碳保留率影响较小,但其生物炭碳骨架碳损失率减少22.36%（牛粪）,无序化指数由1.29降低到1.18,生物炭化学稳定性有所提高,这表明不同形态的Ca盐其对碳保留率和碳化学稳定性的影响有所差异。内源矿物与外加矿物对生物炭固碳的影响有所不同,这可能是矿物形态及含量的差异造成的。本研究表明,生物质内源矿物在热解时催化碳分解,使得生物炭碳结构更无序化,降低产物稳定性,但对过程中碳保留率的影响,取决于矿物含量以及制备条件。外加矿物质与内源矿物的影响有所不同,不同的矿物及其形态会造成生物炭热解过程的不同,影响生物炭的碳保留和碳稳定性。K、Ca盐能提高生物炭碳保留率,含磷矿物质有望调控热解过程,提高碳元素在生物炭中的保留和产物中碳的稳定性,强化生物炭的固碳能力。