2.1 碳化預(yù)處理

碳化是在惰性氣氛（N?、Ar）、400–700℃下熱解生物質(zhì)，脫除揮發(fā)分（H、O、N），形成初始碳骨架（生物炭），產(chǎn)率 30%–50%。

慢速熱解：5–10℃/min，保溫 1–3h，碳骨架完整、產(chǎn)率高，適合后續(xù)活化

快速熱解：100–300℃/min，幾秒完成，揮發(fā)分脫除徹底，適合高比表面積制備

水熱碳化：180–250℃、高壓水熱，溫和條件下生成水熱炭，保留更多含氧官能團(tuán)，適合低灰分原料（如木質(zhì)素、果殼）

2.2 活化工藝（核心造孔）

2.2.1 物理活化（綠色、無殘留）

以 CO?、水蒸氣為活化劑，700–900℃下與碳骨架反應(yīng)刻蝕造孔：C + H?O → CO + H?；C + CO? → 2CO

優(yōu)勢：無化學(xué)殘留、產(chǎn)品純度高、適合食品 / 醫(yī)藥級活性炭

局限：活化時間長（2–4h）、能耗高、比表面積通常 < 1200 m2/g

典型原料：椰殼、核桃殼、木質(zhì)，BET 可達(dá) 800–1100 m2/g

2.2.2 化學(xué)活化（高比表面積主流）

以 KOH、H?PO?、ZnCl?、K?CO?為活化劑，浸漬后 500–800℃活化，通過刻蝕、插層造孔：

KOH 活化：刻蝕，BET 可達(dá)1800–2500 m2/g，微孔為主，適合超級電容、氣體吸附；缺點(diǎn)：強(qiáng)腐蝕、需水洗除鹽、成本高

H?PO?活化：中低溫（400–600℃）、介孔豐富、灰分低，適合水處理、脫色；優(yōu)勢：活化劑可部分回收、腐蝕性弱

ZnCl?活化：造孔均勻、微孔 - 介孔復(fù)合，適合有機(jī)污染物吸附；缺點(diǎn)：重金屬殘留、環(huán)保受限，應(yīng)用逐步減少

典型數(shù)據(jù)：稻殼 + KOH（浸漬比 1:4）、800℃，BET=2068 m2/g、孔容 = 1.12 cm3/g

2.2.3 復(fù)合 / 新型活化（低耗、高效）

微波輔助活化：微波加熱均勻、升溫快（10–20min 完成）、能耗降 30%–50%，孔結(jié)構(gòu)更均一

催化活化：微量 KOH（<10%）+CO?協(xié)同，比表面積接近純 KOH 活化，大幅減少活化劑用量、降低腐蝕

一步法：碳化 + 活化同步，簡化流程、提升產(chǎn)率

3 生物質(zhì)活性炭的改性技術(shù)

改性旨在調(diào)控孔結(jié)構(gòu)、引入官能團(tuán)、負(fù)載活性組分，提升靶向性能：

3.1 表面化學(xué)改性

氧化改性：HNO?、H?O?、空氣氧化，引入 - COOH、-OH，增強(qiáng)親水性、重金屬吸附能力

還原改性：H?、NH?氣氛，引入 N 摻雜（吡啶 N、吡咯 N），提升 CO?吸附、電容性能、電催化活性

雜原子摻雜：N、S、P、B 摻雜，調(diào)控電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)贗電容、催化活性、選擇性吸附

3.2 孔結(jié)構(gòu)調(diào)控

模板法：SiO?、ZnO 為模板，制備有序介孔 / 分級孔，提升傳質(zhì)效率

雙活化劑協(xié)同：H?PO?+KOH，實(shí)現(xiàn)微孔 - 介孔 - 大孔分級結(jié)構(gòu)，適配大分子吸附、儲能

3.3 負(fù)載改性

負(fù)載金屬 / 氧化物（Fe?O?、TiO?、MnO?）、金屬有機(jī)框架（MOFs），賦予磁分離、光催化、選擇性吸附功能，用于廢水深度處理、催化降解

4 主要應(yīng)用領(lǐng)域

4.1 水污染治理（成熟、規(guī)?；?/span>

重金屬吸附：Pb2?、Cd2?、Cu2?，去除率 > 95%，吸附容量可達(dá) 200–400 mg/g生態(tài)中國網(wǎng)

有機(jī)污染物：染料（亞甲基藍(lán)、羅丹明 B）、酚類、抗生素、農(nóng)藥，吸附容量高、再生性好

深度凈化：飲用水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液脫色 / 脫臭 / 脫毒

4.2 大氣污染控制

脫硫脫硝：吸附 H?S、SO?、NO?，負(fù)載 KOH/KI 后 H?S 吸附容量達(dá) 181 mg/g，用于沼氣凈化、煙氣處理

CO?捕集：微孔豐富、N 摻雜，吸附容量 3–7 mmol/g，選擇性高、易再生，契合碳減排需求

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）：苯、甲醛、甲苯吸附，用于室內(nèi)空氣凈化、工業(yè)廢氣治理

4.3 能源存儲與轉(zhuǎn)化

超級電容器電極：高比表面積、高導(dǎo)電、分級孔，比電容 200–350 F/g，能量密度 20–30 Wh/kg，循環(huán)穩(wěn)定性 > 10000 次

鋰離子 / 鈉離子電池負(fù)極：容量高、倍率性能好，適配新能源儲能

光熱轉(zhuǎn)換、相變儲能載體：多孔結(jié)構(gòu)封裝相變材料，提升熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱效率

4.4 催化與其他

催化劑載體：負(fù)載貴金屬、酶、光催化劑，用于有機(jī)合成、廢水氧化（電芬頓、臭氧催化）

土壤改良、緩釋肥料載體、氣體存儲（CH?、H?）、食品醫(yī)藥脫色 / 提純