降低成本关键要降低制备能耗
近年来 ， 由于生物质的可再生性 ， 生物质制炭的工艺不断改进升级 ， 从传统的外部供热碳化干馏工艺 ， 逐步转向自生可燃气循环燃烧供热工艺 ， 或是采用生物质炭化、干馏、气化多联产工艺 ， 这些工艺促进了生物质制炭产业化发展 。
在马培勇看来 ， 目前用生物质生产的活性炭通常比表面积较低 ， 在高值化利用方面有一定的限制 ， 需要制备具有更高比表面积、更高利用价值的生物质活性炭 。 而以果壳活性炭为代表的高性能生物质活性炭又无法满足巨大的活性炭
市场需求 。 此外 ， 生物质原料密度小、含水量高 ， 使得原料的预处理成本增加 。 “因此 ， 开发更节能环保的制备工艺 ， 降低生物质活性炭生产成本至关重要 。 ”马培勇说 。
“我们团队2012年就开始努力推进生物质制炭方面的研究 ， 包括生物质的干燥、挤压成型等预处理工艺 。 ”马培勇告诉采访人员 ， 他们在研究过程中发现 ， 采用生物质制备活性炭虽然原料成本低 ， 但如果考虑预处理过程和长时间高温炭化活化过程 ， 最终的整体能耗还是比较高的 。
为了降低制备过程的能耗 ， 团队进行了大量探索 。 “例如我们将生物质与活化剂直接干法混合 ， 尽可能减少额外水分的引入 ， 从而减少过程中水分蒸发的能量消耗 。 ”马培勇说 ， 他们还利用生物质自身高含水性的特点 ， 采用先低温水热预炭化再活化的方法来制备活性炭 。
“低温水热阶段的热量需求可以由高温活化阶段余热回收来提供 ， 经过水热预炭化 ， 可以将生物质内大部分自由水、结合水以及氢、氧元素脱除 ， 这实质上显著降低了后续炭化活化过程的能耗 。 ”马培勇说 。
他告诉采访人员 ， 近期他们还开发了磷酸水热联合快速热解的活性炭制备方法 。 以木屑为原料 ， 在通过磷酸低温水热预处理后 ， 可以在450℃的较低活化温度下 ， 仅通过2.8分钟的活化时间就获得比表面积接近2000平方米/克的活性炭 ， 这个比表面积是普通商用活性炭的2—3倍 。 而常规活化温度在600℃以上 ， 活化时间长达数小时 。 此外 ， 利用该方法制备的活性炭有较为丰富的微/介孔结构 ， 且碳基底上负载有大量纳米碳球 ， 其与碳层编织在一起 ， 形成三维多孔网络结构 。 “这种材料对多种污染物均表现出了良好的吸附性能 ， 具有良好的应用前景 。 ”他说 。
“我们的方法大大降低了活化能耗 。 目前 ， 我们仍在开发能耗更低的活性炭制备工艺与装备 ， 并争取早日实现产业化目标 。 ”马培勇表示 ， “我们还会在开发清洁、低能耗的活性炭制备工艺与装备的同时 ， 进一步开发生物质活性炭在二氧化碳捕集与转化（CCUS）领域的应用 ， 为实现我国‘双碳’目标贡献力量 。 ”
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