Page 78 - 化工安全生产与环保技术

第三章 生物质材料资源化利用

（一）直接炭化法
直接炭化法是指在惰性气体（一般用 N 2 ）保护下，生物质原料隔绝空气直
接进行高温裂解炭化，得到的炭材料具备普通活性炭的吸附功能。热解过程的类

型（慢、中、快、闪）取决于温度、停留时间和加热速率。缓慢热解的主要特点
为热解温度低、加热速率慢、停留时间长。主要产品的焦产率为 25%~35%。在
快速热解中，主要产品为停留时间在几秒到几分钟之间的可冷凝液体，有时也将
一小部分粒状生物炭作为产品。直接炭化法操作简单且成本低廉，能“以废治废”，

过程无污染，对实验设备无损害。但制得的炭材料与其他方法相比，吸附性能不
佳，所含杂质较多。
（二）活化法
活化处理的主要目的是制备出高孔隙率和大比表面积的炭材料。活化方法一

般可分为物理活化、化学活化、物理化学活化。
1. 物理活化法
物理活化法，也称之为气体活化法或热活化法，活化过程以氧化剂（如
CO 2 、水蒸气、O 2 或它们的混合物）为介质。在炭化过程中，形成具有基本多孔

结构的碳骨架（称为焦炭），其孔隙会被热解过程中形成的焦油堵塞，进行物理
活化去除焦油引起的堵塞，同时还会通过开孔、扩孔和造孔提高其孔隙率。CO 2
为介质的活化反应速率相对较低易于控制，通常被优先选择。相比于水蒸气，产
生的活化焦炭具有较大的微孔体积和较窄的微孔孔径分布。Ahmad 等通过水蒸
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气活化法用棕榈壳生产活性炭，获得了最大比表面积 1104m /g 和孔体积 0.41cm /
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g 的炭材料；Guo 等用 CO 2 代替水蒸气，得到了最大比表面积为 1360m /g，微孔
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体积为 0.47cm /g 的活性炭；Carrott 等比较了水蒸气和 CO 2 活化木质素获得活性
炭的孔隙率，证实了 CO 2 比水蒸气活化制备的活性炭具有更大的表面积和微孔
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率，所得活化样品的最大 BET 表面积分别为 1644 和 1008m /g，孔体积分别为 0.61
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和 0.29cm /g。物理活化法生产工艺简单、清洁，避免了设备腐蚀和环境污染的
问题，所得生物质炭材料不需清洗，可以直接使用，无需再次加工。但其活化温
度高、操作时间长，气体活化剂反应活性相对较弱，难以在炭质前驱体内部形成

发达的孔隙结构。加快反应速率，减少活化时间和降低能量消耗是该法需要解决
的关键问题。

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