新技術破解 廢棄生物質變廢為寶難題新知

時間:2020年05月22日來源:科技日報 佚名 【字體:

  記者從中國科技大學獲悉,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,為實現廢棄生物質熱解技術商業化應用提供了重要的技術支撐。研究成果日前發表于《科學進展》及《自然—可持續》雜志上。

    熱解是廢棄生物質資源化利用的重要技術之一。通過缺氧條件下的生物質熱解,可以得到可再生的生物油、生物炭和一部分熱解氣。但此前存在兩個關鍵問題,一是熱解生物油不穩定、易老化變質,且成分復雜難以分離提質;二是熱解過程產物價值較低,產品缺乏市場競爭力。

    國內外學者一直致力于研究生物油的催化提質和分離,期望獲得高附加值的化學品或優質燃料。然而,生物油的成分復雜且不穩定,通常包含數百種有機化合物。在催化過程中,部分有機物發生縮合、脫水、結焦等反應,會導致催化劑失效,使催化提質過程難以持續。

    研究人員發現,通過常壓蒸餾過程參數控制,實現生物油快速結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,不同生物質原料得到的生物煤熱值與商用煤熱值相當。此外,生物煤還具有性能穩定、低含硫量、不含重金屬等環境友好特性。

    另外,熱解過程產生的高溫氣體中包含小分子碳有機物,且熱解氣溫度較高,是制備碳納米材料的潛在前體。研究人員通過優化熱解條件,利用化學蒸汽沉積方法制備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能方面展示了良好性能,利用生物質熱解氣合成石墨烯具有更小的環境影響和能量消耗。(記者 吳長鋒)
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