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跨過“能耗”的坎 將生物質活性炭產業做大(二)

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瀏覽:- 發布日期:2022-07-24 16:33:58【

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“但畢竟這些果殼的儲量很有限。因此,我們團隊一直在嘗試使用來源更廣泛的生物質制備活性炭,如秸稈、木屑、污泥、廢棄蔬菜等來自農業、林業以及城市的廢棄物。”馬培勇說。

據統計,單就秸稈而言,我國每年產生的秸稈量就超過11億噸,因此生物質制備活性炭具有巨大的潛力。

降低成本關鍵要降低制備能耗

近年來,由于生物質的可再生性,生物質制炭的工藝不斷改進升級,從傳統的外部供熱碳化干餾工藝,逐步轉向自生可燃氣循環燃燒供熱工藝,或是采用生物質炭化、干餾、氣化多聯產工藝,這些工藝促進了生物質制炭產業化發展。

在馬培勇看來,目前用生物質生產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、更高利用價值的生物質活性炭。而以果殼活性炭為代表的高性能生物質活性炭又無法滿足巨大的活性炭

市場需求。此外,生物質原料密度小、含水量高,使得原料的預處理成本增加。“因此,開發更節能環保的制備工藝,降低生物質活性炭生產成本至關重要。”馬培勇說。

“我們團隊2012年就開始努力推進生物質制炭方面的研究,包括生物質的干燥、擠壓成型等預處理工藝。”馬培勇告訴記者,他們在研究過程中發現,采用生物質制備活性炭雖然原料成本低,但如果考慮預處理過程和長時間高溫炭化活化過程,最終的整體能耗還是比較高的。

為了降低制備過程的能耗,團隊進行了大量探索。“例如我們將生物質與活化劑直接干法混合,盡可能減少額外水分的引入,從而減少過程中水分蒸發的能量消耗。”馬培勇說,他們還利用生物質自身高含水性的特點,采用先低溫水熱預炭化再活化的方法來制備活性炭。

“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提供,經過水熱預炭化,可以將生物質內大部分自由水、結合水以及氫、氧元素脫除,這實質上顯著降低了后續炭化活化過程的能耗。”馬培勇說。

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他告訴記者,近期他們還開發了磷酸水熱聯合快速熱解的活性炭制備方法。以木屑為原料,在通過磷酸低溫水熱預處理后,可以在450℃的較低活化溫度下,僅通過2.8分鐘的活化時間就獲得比表面積接近2000平方米/克的活性炭,這個比表面積是普通商用活性炭的2—3倍。而常規活化溫度在600℃以上,活化時間長達數小時。此外,利用該方法制備的活性炭有較為豐富的微/介孔結構,且碳基底上負載有大量納米碳球,其與碳層編織在一起,形成三維多孔網絡結構。“這種材料對多種污染物均表現出了良好的吸附性能,具有良好的應用前景。”他說。

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