木质纤维素类生物质水热炭化机理及水热炭应用进展

通过水热炭化方法 （HTC）制备纤维类生物质炭材料,是当前废弃生物质高值化处理的一种方式。生物质具有种类繁多、结构复杂的特点,在不同的水热条件下涉及水解、降解、聚合等复杂反应。制备的水热炭性质如形貌、孔结构、表面官能团分布等受原料物理化学结构和水热反应条件影响较大,而水热炭的性质直接影响水热炭的应用。木质素炭化需要较高的水热强度,生成的水热炭石墨化程度和稳定性更高,可应用于导电、耐高温材料等领域;纤维素、半纤维素相对于木质素炭化温度低,更易形成多孔结构,获得更高的比表面积。另外二者因富含羟基,制备的水热炭表面具有丰富的含氧官能团,有利于通过静电吸附、离子交换等过程实现污染物吸附,进一步应用于环境治理等领域。水热温度主要影响炭化程度和水热炭得率,而水热时间则对水热炭形貌具有更明显的作用。通过改性可以定向调控水热炭性能,扩大其应用领域范围。为明晰不同条件下水热炭的结构变化,本文综述了纤维类生物质的种类、原料组成及水热条件对水热炭结构的影响,深入分析了水热炭生成机理,探讨了生物炭改性方法,归纳了生物炭在不同领域的应用并展望了未来的发展方向和前景,为生物质基水热炭研究提供参考。