新技術(shù)破解 廢棄生物質(zhì)變廢為寶難題

記者從中國(guó)科技大學(xué)獲悉，該校江鴻教授課題組與俞漢青教授課題組合作，分別成功制備了高熱值且穩(wěn)定的固相生物煤和高性能的石墨烯和碳納米管等材料，為實(shí)現(xiàn)廢棄生物質(zhì)熱解技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支撐。研究成果日前發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》及《自然—可持續(xù)》雜志上。

熱解是廢棄生物質(zhì)資源化利用的重要技術(shù)之一。通過缺氧條件下的生物質(zhì)熱解，可以得到可再生的生物油、生物炭和一部分熱解氣。但此前存在兩個(gè)關(guān)鍵問題，一是熱解生物油不穩(wěn)定、易老化變質(zhì)，且成分復(fù)雜難以分離提質(zhì);二是熱解過程產(chǎn)物價(jià)值較低，產(chǎn)品缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直致力于研究生物油的催化提質(zhì)和分離，期望獲得高附加值的化學(xué)品或優(yōu)質(zhì)燃料。然而，生物油的成分復(fù)雜且不穩(wěn)定，通常包含數(shù)百種有機(jī)化合物。在催化過程中，部分有機(jī)物發(fā)生縮合、脫水、結(jié)焦等反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致催化劑失效，使催化提質(zhì)過程難以持續(xù)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，通過常壓蒸餾過程參數(shù)控制，實(shí)現(xiàn)生物油快速結(jié)焦可以得到一種新的固體燃料，研究人員將其命名為生物煤。分析顯示，不同生物質(zhì)原料得到的生物煤熱值與商用煤熱值相當(dāng)。此外，生物煤還具有性能穩(wěn)定、低含硫量、不含重金屬等環(huán)境友好特性。

另外，熱解過程產(chǎn)生的高溫氣體中包含小分子碳有機(jī)物，且熱解氣溫度較高，是制備碳納米材料的潛在前體。研究人員通過優(yōu)化熱解條件，利用化學(xué)蒸汽沉積方法制備3D石墨烯，還通過改變熱解沉積條件，得到了碳納米線。這些高附加值碳材料在污染物去除和儲(chǔ)能方面展示了良好性能，利用生物質(zhì)熱解氣合成石墨烯具有更小的環(huán)境影響和能量消耗。