生物质炭的特性和应用研究进展*(2)

2.3 功能材料

生物质炭材料作为一种新型材料，还具有质量轻、气孔率高、耐高温、耐酸碱、结构稳定、易导电、易传热、易加工等一系列优异性能，可广泛应用于高温隔热材料、催化剂载体、吸附材料、过滤材料及双电层电容器和电池电极等方面[30]。利用稻米壳生物质炭材料组装的锂离子电池具有较高的可逆电容量，为1055 mAh/g[31]。在流化床电极直接碳燃料电池阳极半电池中，竹质生物质炭比活性碳纤维与石墨炭材料具有更优的极化性能[32]。此外，稻壳[33]、麦秸[34]、高粱[35]、杏仁壳[36]等均被科研工作者以不同的活化方法与制备手段进行了详细的研究，并成功用于了锂离子电池、钠离子电池和超级电容器。

此外，生物质炭粉碎后用来制作生物质炭纳米材料[37]。生物质炭作为固体酸催化剂，因亲油性好、稳定性强、制备成本低廉及可再生等优点越来越受到重视。以马尾松木屑为原料，通过炭化、磺化法制备的生物质炭基固体磺酸催化剂，催化油酸和甲醇的酯化反应，在最佳反应条件下，使油酸转化率达91.36%[38]。将花生壳和木屑为原料热解制备的生物质炭基固体酸催化剂，催化酯化反应时，底物转化率接近100%[39]。

2.4 能 源

生物质含有较高的热值，将生物质转化为生物质炭，再将生物质炭作为固体燃料使用，这样既能解决生物质燃料收集困难、体积大运输成本高等困难，还能充分利用生物质资源，缓解能源危机。对油茶外果皮炭、板栗外果皮炭、山核桃外果皮炭、杉木炭、松木炭、稻秆炭和竹炭的燃烧特性进行了研究，结果发现，板栗外果皮炭、油茶外果皮炭、稻秆炭、山核桃外果皮炭的着火温度较低，分别为351.8、356.7、375.3、392.6 ℃，而松木炭、杉木炭和竹炭的热值较高，是作基炭的较佳材料，油茶、板栗、山核桃3种坚果外果皮炭可作为助燃添加剂[40]。 以板栗壳为原料，于550～750 ℃范围内制备了固定碳质量分数为83%～91%的生物质炭，其热值可达30～35 MJ/kg，达到一级精煤的国家质量标准[41]。也有研究将农林业的废弃物高温无氧热解后，得到生物焦油、生物质炭粉等产物，然后与MgO、松节油调拌均匀，压制成型，将其表面均匀涂布防水涂层得到一种固体生物燃料块[42]。采用生物质炭作为再燃燃料，并掺混一定比例的尿素或者消石灰喷入炉膛，能够有效降低煤燃烧时尾部烟气中总汞含量[43]。

3 结 语

生物质炭原料易得，制备简单，具有绿色和可持续发展特点。利用废弃的生物质资源制备生物质炭材料不仅避免了环境污染，也是废弃物资源化利用的有效途径。目前，虽然国内外对生物质炭的研究取得了一定进展，但依然存在以下问题尚待进一步解决：

(1)生物质成分颇为复杂，不同种生物质原料在相同条件下制备的生物质炭，其理化性质存在一定差异；同种生物质材料在不同制备条件下，所得生物质炭的理化性质也存在差异。而具有不同理化性质的生物质炭其应用性能必然存在差异，因此，尚需进行系统而全面的研究，理清生物质原料、制备条件、生物质炭理化性质及其应用性能间的关联性。

(2)虽然生物质炭的添加对改善土壤肥力、促进作物增产等方面有一定积极作用，但大量、长期使用生物质炭后是否存在环境风险，目前尚不清楚。

(3)目前大多数研究只利用某种或某类生物质炭对单一污染物的净化处理，但实际上多数污染是以多种污染物复合污染所致，生物质炭对不同污染物的吸附效应、去除机制以及生物质炭使用后污染物的迁移转化方面仍缺乏系统和深入研究。

(4)在功能材料方面，生物质炭只涉及电极材料和固体酸催化剂方面，今后可在多领域进行拓展，如在工业硅冶炼领域，以开发出多功能生物质炭材料。

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文章来源：《金属功能材料》 网址: http://www.jsgncl.cn/qikandaodu/2020/1228/353.html