生物质水热炭改性方法及应用研究进展

TK69; 水热碳化技术是实现生物质资源化利用的新型技术,具有可直接处理湿生物质、反应温度低、反应时间短、减量化效果明显等优势.由于水热炭具有发达的孔隙结构、丰富的含氧官能团、大比表面积、高热值等性质,在环境、能源、电化学和催化等领域获得了广泛的应用.简述了水热碳化技术的反应条件及反应过程,介绍了水热炭的物理活化和化学活化等传统改性方法,重点分析了低温等离子体、厌氧发酵、磁化、固态微波、聚乙烯亚胺、杂原子掺杂等新型改性方法对水热炭结构和表面官能团的作用效果.综述了水热炭作为重金属、有机物、CO2 吸附剂,土壤改良剂,固态燃料、电极材料及催化剂的应用进展.作为吸附剂,水热炭对水体重金属元素(Cr、Cu、Zn等)的去除率可以达到 82％～99％,对CO2 的吸附量可以达到 1.2～8.3 mmol/g.作为土壤改良剂,添加水热炭可以减少氮肥的施用量.作为固态燃料,木质纤维素制备的水热炭热值较高,可达 30 MJ/kg,接近于烟煤的热值.作为电极材料,通过改善水热炭的孔径分布,提升水热炭中含氧及含氮官能团的数量可大幅提升其电化学性能,水热炭的比电容可达到 300 F/g以上.在催化领域,水热炭本身可以作为催化剂或负载活性组分作为催化剂载体.最后,指出了未来应重点开展水热炭的复合改性、回收利用、对植物和土壤微生物的毒害机理等方面的研究,并进一步提升其燃烧性能、比电容、能量密度和稳定性,以实现水热炭的商业化应用.