“但畢竟這些果殼的儲(chǔ)量很有限。因此，我們團(tuán)隊(duì)一直在嘗試使用來(lái)源更廣泛的生物質(zhì)制備活性炭，如秸稈、木屑、污泥、廢棄蔬菜等來(lái)自農(nóng)業(yè)、林業(yè)以及城市的廢棄物。”馬培勇說(shuō)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，單就秸稈而言，我國(guó)每年產(chǎn)生的秸稈量就超過(guò)11億噸，因此生物質(zhì)制備活性炭具有巨大的潛力。

降低成本關(guān)鍵要降低制備能耗

近年來(lái)，由于生物質(zhì)的可再生性，生物質(zhì)制炭的工藝不斷改進(jìn)升級(jí)，從傳統(tǒng)的外部供熱碳化干餾工藝，逐步轉(zhuǎn)向自生可燃?xì)庋h(huán)燃燒供熱工藝，或是采用生物質(zhì)炭化、干餾、氣化多聯(lián)產(chǎn)工藝，這些工藝促進(jìn)了生物質(zhì)制炭產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

在馬培勇看來(lái)，目前用生物質(zhì)生產(chǎn)的活性炭通常比表面積較低，在高值化利用方面有一定的限制，需要制備具有更高比表面積、更高利用價(jià)值的生物質(zhì)活性炭。而以果殼活性炭為代表的高性能生物質(zhì)活性炭又無(wú)法滿(mǎn)足巨大的活性炭

市場(chǎng)需求。此外，生物質(zhì)原料密度小、含水量高，使得原料的預(yù)處理成本增加。“因此，開(kāi)發(fā)更節(jié)能環(huán)保的制備工藝，降低生物質(zhì)活性炭生產(chǎn)成本至關(guān)重要。”馬培勇說(shuō)。

“我們團(tuán)隊(duì)2012年就開(kāi)始努力推進(jìn)生物質(zhì)制炭方面的研究，包括生物質(zhì)的干燥、擠壓成型等預(yù)處理工藝。”馬培勇告訴記者，他們?cè)谘芯窟^(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采用生物質(zhì)制備活性炭雖然原料成本低，但如果考慮預(yù)處理過(guò)程和長(zhǎng)時(shí)間高溫炭化活化過(guò)程，最終的整體能耗還是比較高的。

為了降低制備過(guò)程的能耗，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量探索。“例如我們將生物質(zhì)與活化劑直接干法混合，盡可能減少額外水分的引入，從而減少過(guò)程中水分蒸發(fā)的能量消耗。”馬培勇說(shuō)，他們還利用生物質(zhì)自身高含水性的特點(diǎn)，采用先低溫水熱預(yù)炭化再活化的方法來(lái)制備活性炭。

“低溫水熱階段的熱量需求可以由高溫活化階段余熱回收來(lái)提供，經(jīng)過(guò)水熱預(yù)炭化，可以將生物質(zhì)內(nèi)大部分自由水、結(jié)合水以及氫、氧元素脫除，這實(shí)質(zhì)上顯著降低了后續(xù)炭化活化過(guò)程的能耗。”馬培勇說(shuō)。

他告訴記者，近期他們還開(kāi)發(fā)了磷酸水熱聯(lián)合快速熱解的活性炭制備方法。以木屑為原料，在通過(guò)磷酸低溫水熱預(yù)處理后，可以在450℃的較低活化溫度下，僅通過(guò)2.8分鐘的活化時(shí)間就獲得比表面積接近2000平方米/克的活性炭，這個(gè)比表面積是普通商用活性炭的2—3倍。而常規(guī)活化溫度在600℃以上，活化時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)。此外，利用該方法制備的活性炭有較為豐富的微/介孔結(jié)構(gòu)，且碳基底上負(fù)載有大量納米碳球，其與碳層編織在一起，形成三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。“這種材料對(duì)多種污染物均表現(xiàn)出了良好的吸附性能，具有良好的應(yīng)用前景。”他說(shuō)。

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