研究人员论文中的生物炭相关信息……

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1.生物炭的概念

     生物炭是指在限氧条件下通过生物质的热化学转化获得的富含碳的固体材料，概念起源于亚马逊流域被当地称为“Terra Preta”的肥沃土壤，目前已开发出一系列热化学转化技术将生物质转化为生物炭，如热解和水热炭化。生物炭因具有一系列独特的特性，如碳含量高、比表面积大、阳离子交换容量高和结构稳定等，而在土壤修复、固碳、废水净化、催化剂、电极材料和电极改性剂等方面受到越来越多的关注。生物炭的原料来源广泛，通常包括农业废弃物、林业残留物、剩余污泥和藻类等废弃生物质，尤其是使用废弃生物质作为原料可以实现“以废治废”的效果，即一方面减少废弃物本身带来的污染，另一方面将制备的生物炭用于修复环境污染。

2.生物炭的制备方法

     热解是在 300℃~900℃的温度范围内在无氧条件下将生物质转化为生物炭、生物油和合成气的热化学转化技术。热解炭的制备过程主要包括三个阶段：第一个阶段是预热解，水分和轻挥发物在这一阶段蒸发；第二个阶段是主热解，纤维素和半纤维素在这一阶段的分解和挥发速度较快，第三个阶段是碳质产物的产生，木质素等因为具有较强的化学键，在最后这个阶段才发生分解。热解是制备生物炭最常用的热化学技术，可以根据热解温度、加热速率和停留时间大体上分为慢速热解和快速热解。慢速热解的特征在于相对低的温度（400℃~600℃）、低的加热速率（5~7 ℃/ min）和长的停留时间（＞1h），在热转化过程中相较于其它热解过程生物炭产量高、生物油和合成气产量低。尽管慢速热解法存在生产周期长的缺点，但由于其具有较高的生物炭产率和在环境修复中的广泛应用，仍被认为是生物炭生产的主要方法。

        水热炭化法是一种新兴的在亚临界水存在下进行的热化学过程，可在 160℃~270℃的中低温和自生饱和蒸汽压力下，将生物质废弃物浸在水中反应 5~240 min，将生物质转化为水热炭。关于水热炭的形成机理讨论最多的有两种可能的路线，第一种过程基本上分为三个阶段：第一个阶段主要与纤维素、半纤维素和部分木质素的水解有关；在第二个阶段中，生成的中间体经历进一步重排，并生成气态产物；在第三个阶段期间，中间产物聚集形成二次水热炭。另一种路线认为所得水热炭主要由基质和二次炭微粒组成，其中基质由未水解的生物质经历各种固-固转化反应，包括分子内缩合、脱水和脱羧，同时保持其原始骨架结构；二次炭微粒是由水解部分在水热炭化过程中通过聚合和缩合形成的。相较于热解和气化工艺，水热炭化法具有以下的优点，近年来越来越多地引起了研究人员的关注：（1）生物质的类型可以是高水分的，节省了预处理脱水干燥的能量；（2）与其它热化学过程相比温度更温和，减少了整个生物质转化过程的能量损失；（3）考虑到操作条件和所用生物质的不同，水热炭的产率通常更高。

3.热解炭与水热炭的不同特征

    由于制备工艺的不同，水热炭表现出很多与热解炭不同的特征。水热炭往往呈酸性，具有较高的能量产率、生物炭产率、较多的脂肪族结构和含氧官能团；而热解炭往往呈碱性，具有较多的孔隙结构、较大的比表面积、较高的碳含量、较强的芳香性和较高的热稳定性。

以上内容来自：

臧宇飞.芦苇秸秆水热炭制备工艺开发及其在镉污染土壤修复中的应用研究[D].山东建筑大学,2023.DOI:10.27273/d.cnki.gsajc.2023.000376.