木质纤维素类生物质水热炭化机理及水热炭应用进展

作     者：王雪 徐期勇 张超 WANG Xue;XU Qiyong;ZHANG Chao

作者机构：北京大学深圳研究生院环境与能源学院广东深圳518055 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2023年第42卷第5期

页      面：2536-2545页

核心收录：

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0829[工学-林业工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0822[工学-轻工技术与工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2018YFC1902903)。 

主　　题：生物质 水热 炭材料 炭化路径 结构调控 

摘      要：通过水热炭化方法(HTC)制备纤维类生物质炭材料,是当前废弃生物质高值化处理的一种方式。生物质具有种类繁多、结构复杂的特点,在不同的水热条件下涉及水解、降解、聚合等复杂反应。制备的水热炭性质如形貌、孔结构、表面官能团分布等受原料物理化学结构和水热反应条件影响较大,而水热炭的性质直接影响水热炭的应用。木质素炭化需要较高的水热强度,生成的水热炭石墨化程度和稳定性更高,可应用于导电、耐高温材料等领域;纤维素、半纤维素相对于木质素炭化温度低,更易形成多孔结构,获得更高的比表面积。另外二者因富含羟基,制备的水热炭表面具有丰富的含氧官能团,有利于通过静电吸附、离子交换等过程实现污染物吸附,进一步应用于环境治理等领域。水热温度主要影响炭化程度和水热炭得率,而水热时间则对水热炭形貌具有更明显的作用。通过改性可以定向调控水热炭性能,扩大其应用领域范围。为明晰不同条件下水热炭的结构变化,本文综述了纤维类生物质的种类、原料组成及水热条件对水热炭结构的影响,深入分析了水热炭生成机理,探讨了生物炭改性方法,归纳了生物炭在不同领域的应用并展望了未来的发展方向和前景,为生物质基水热炭研究提供参考。