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⽔热碳化
定义：
⽔热碳化以⽣物质为原料,⽔作为液相反应介质,在⼀定温度(150-250℃)和压⼒(2-10 MPa)下,将⽣物质转化为以⽣物炭为主的⼀系列⾼附加值产物。

⽔热碳化是⼀种⾼效的废弃⽣物质资源化技术。

⽔热碳化是指将⽣物质废弃物置于⾼温(150-350℃)⽔溶液中停留⼀段时间,脱⽔脱羧形成具有明确理化性质的固体产物。

⽔热碳化是将⽣物质转化为更⾼能量密度形式的碳的⼀种有效途径,也是制备⽣物质炭材料和⽣物油的重要⽅法。

⽔热碳化温度、时间：
本⽂采⽤废弃⽣物质松⼦壳和⽟⽶芯作为原料,分别在不同的⽔热碳化温度(180℃、200℃、230℃)下反应5 h,利⽤扫描电⼦显微镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)、元素分析、含氧官能团测定等⼿段对所得⽔热炭进⾏了详细的表征。

SEM显⽰当温度达到220℃时,碳化物表⾯开始形成微球结构,且随着温度和时间的增⼤,微球结构均⼀性、分散度越来越好。

在温度为200℃时,分别利⽤Fe3+、柠檬酸作为添加剂。

结果表明,Fe3+、柠檬酸均能促进⽣物质的⽔热碳化过程，所得⽔热炭的热值提⾼了20-40%，SEM显⽰，添加Fe3+的⽟⽶芯和松⼦壳⽔热炭表⾯⽣成的炭微球数量显著，且球形完整、粒径较⼤、表⾯光滑；添加柠檬酸的⽔热炭表⾯的炭微球粒径在纳⽶级别,呈现致密的蜂窝状。

在反应温度260℃、停留时间为1h时，⽣物炭能量密度已经提⾼了69.45%，获得了较⾼的能量密度，进⼀步提⾼反应剧烈程度能提升的能量密度有限。

扫描电镜分析说明经过⽔热碳化处理的⽣物炭整体呈现碎⽚状态，并伴有⼤量蜂窝状结构，可能是脱羰基反应导致稻草内部的纤维素、半纤维素⼤量分解。

在反应温度260℃,停留时间1h时，固相产物吸⽔率较低，故此条件下⽣物炭的性能良好，是制备⽣物炭的较适宜条件。

与⼲法碳化相⽐，⽔热碳化保留了较多的有机碳。

⼲法碳化后的污泥炭较原污泥呈现弱碱化，⽽⽔热碳化则显⽰酸化趋势。

此外,与⼲法碳化相⽐，⽔热碳化在富集有效营养元素(磷、氮)和固定重⾦属浸出风险上均表现出明显的优势。

这些结果预⽰着⽔热碳化法在污泥资源化处理⽅⾯的巨⼤潜能。

考察⾦属离⼦(Ca2+、Zn2+、Al3+和Fe3+)对松⼦壳⽣物炭的影响。

结果表明，4种⾦属离⼦均对松⼦壳⽔热碳化起到促进作⽤，⾦属离⼦的加⼊可在较低温度下得到具有较⾼碳含量及热值的⽣物炭。

添加⾦属离⼦的⽔热炭化过程在180-230℃以脱⽔为主，伴随脱羧反应,在230-250℃以脱甲烷化为主。

在4种⾦属离⼦中，Fe3+对松⼦壳⽔热碳化的促进作⽤最⼤，温度180℃时，添加Fe3+所得⽣物炭的碳含量和热值分别为66.59%和24.40 MJ�kg-1，是在纯⽔中180℃时⽣物炭的碳含量的1.29倍,热值的1.31倍。

在扫描电镜中发现添加Fe3+⽣成的⽣物炭出现的球形结构较多。

通过调节温度以及添加适合的⾦属离⼦可实现对炭微球的粒径及数量的控制。