论文标题：What makes biochar an interesting CO₂ adsorbent?

期刊：Frontiers of Chemical Science and Engineering

作者：Antony Rajendran, Arumugam Sakthivel, Zhiwei Dong, Wenying Li

发表时间：15 Feb 2025

DOI：10.1007/s11705-024-2516-z

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生物炭作为一种成本低、稳定性高且环境友好的碳基材料，在二氧化碳吸附领域展现出显著潜力。随着大气中二氧化碳浓度因化石燃料燃烧持续上升，开发高效吸附剂成为减缓气候变化的关键途径之一。

太原理工大学李文英教授、梅普科施伦克工程学院化学系Antony Rajendran教授等在《Frontiers of Chemical Science and Engineering》发表了题为“What makes biochar an interesting CO₂ adsorbent?”（生物炭为何能成为极具潜力的CO₂吸附剂？）的观点评论文章，系统阐述了生物炭作为二氧化碳吸附剂的优势，包括制备过程中的碳减排效应、原料与合成方法的多样性、结构与性能的可调控性，同时指出了实际应用中需解决的关键问题。

生物炭的核心优势体现在其环境与经济价值上。通过将生物质废弃物、食品垃圾等碳质废物转化为生物炭，不仅避免了露天焚烧产生的二氧化碳排放，还实现了“变废为宝”的循环经济模式，达到碳减排与可持续废物管理的双重目标。

生物炭的吸附性能与其原料和制备方法密切相关。多样化的前体（如木质废弃物、塑料垃圾）和合成技术（如水热碳化、热解、气化）为调控其孔隙结构和表面官能团提供了灵活途径。例如，物理活化（蒸汽或二氧化碳处理）和化学活化（氢氧化钾或酸处理）可显著提升生物炭的微孔率和比表面积，其中化学活化效果更优。

生物炭的吸附机制依赖于物理吸附与化学吸附的协同作用，其固有的微孔结构为物理吸附提供了场所，而表面官能团（如羰基、羟基）则通过化学作用捕获二氧化碳。此外，通过引入含氮官能团（如吡啶氮、吡咯氮）或与金属氧化物（如氧化镁）、离子液体等复合，可进一步增强化学吸附能力。

图1 生物炭的孔隙结构及二氧化碳在生物炭上的吸附机理

然而，生物炭的实际应用仍面临挑战。湿度对亲水性生物炭的吸附性能影响显著，如氢氧化钾活化生物炭在相对湿度从8.8%升至87.9%时，吸附量从3.7 mg·g⁻¹降至1.3 mg·g⁻¹；复杂气体环境中的酸性气体（如二氧化硫、氮氧化物）可能占据生物炭的碱性位点，抑制二氧化碳吸附。此外，生物炭的再生温度较高、实际工况下的吸附数据不足等问题，仍需通过材料设计优化和长期性能测试加以解决。

综上所述，生物炭凭借低成本、可调控的结构性能及环境兼容性，在二氧化碳捕获领域展现出潜力。未来研究需重点关注实际工况下的吸附行为、再生效率及复合功能材料的开发，以推动其商业化应用。

引用信息

Antony Rajendran,Arumugam Sakthivel,Zhiwei Dong,Wenying Li. What makes biochar an interesting CO₂ adsorbent?. Front. Chem. Sci. Eng., 2025, 19(2): 12 DOI:10.1007/s11705-024-2516-z

本文来自

Carbon resources to chemicals

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原文链接：

https://journal.hep.com.cn/fcse/EN/10.1007/s11705-024-2516-z