廢棄生物質(zhì)既是環(huán)境污染物，同時(shí)也是可再生原料。熱解是廢棄生物質(zhì)資源化利用的重要技術(shù)之一。通過缺氧條件下的生物質(zhì)熱解，可以得到可再生的生物油、生物炭和一部分熱解氣。然而，目前存在兩個(gè)嚴(yán)重阻礙熱解技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問題，一是熱解生物油不穩(wěn)定易老化變質(zhì)、且成分復(fù)雜難以分離提質(zhì)，二是熱解過程產(chǎn)物價(jià)值較低，產(chǎn)品缺乏市場競爭力。

針對這一難題，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)江鴻教授課題組與俞漢青教授課題組合作，通過耦合快速熱解、常壓蒸餾及化學(xué)蒸汽沉積技術(shù)，分別成功制備了高熱值且穩(wěn)定的固相生物煤和高性能的碳納米材料(少層石墨烯和碳納米管)，為實(shí)現(xiàn)廢棄生物質(zhì)熱解技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支撐。

生物質(zhì)原料(農(nóng)林廢棄物和有機(jī)固體廢物等)通過熱解得到的生物油是一種可再生資源，國內(nèi)外研究者一直致力于生物油的催化提質(zhì)和分離，期望獲得高附加值的化學(xué)品或優(yōu)質(zhì)燃料。然而，生物油的成分復(fù)雜且不穩(wěn)定等，使催化提質(zhì)過程難以持續(xù)。

課題組研究發(fā)現(xiàn)，通過常壓蒸餾過程參數(shù)控制，實(shí)現(xiàn)生物油快速結(jié)焦可以得到一種新的固體燃料。分析顯示不同生物質(zhì)原料(稻殼、鋸末、麥秸稈、甘蔗渣、大豆秸稈等)得到的生物煤熱值與商用煤熱值相當(dāng)。且生物煤具有性能穩(wěn)定、低含硫量、不含重金屬等環(huán)境友好性。模型研究還表明我國生物煤生產(chǎn)潛力可達(dá)402百萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。相關(guān)研究成果發(fā)表于Science Advances上。

除了生物油以外，分析結(jié)果顯示熱解氣中包含小分子碳有機(jī)物，是制備碳納米材料的潛在前體。研究人員通過優(yōu)化熱解條件，不僅可以直接使用廢棄生物質(zhì)(鋸末和麥秸稈)熱解氣通過化學(xué)蒸汽沉積方法制備3D石墨烯，還可以通過改變熱解沉積條件得到碳納米線。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Nature Sustainability上。(記者 吳蘭)