生物炭生產(chǎn)及應用技術綜述生物炭是生物質(zhì)在限氧或無氧環(huán)境下經(jīng)熱解轉化形成的富碳固體產(chǎn)物，其獨特的孔隙結構、表面官能團及化學穩(wěn)定性使其在碳循環(huán)調(diào)控、土壤質(zhì)量提升、環(huán)境污染修復等領域展現(xiàn)出巨大應用潛力。隨著“雙碳”目標推進及生態(tài)環(huán)境治理需求增長，生物炭的規(guī)?；a(chǎn)與多元化應用成為研究熱點。本文系統(tǒng)梳理生物炭的生產(chǎn)技術體系，分析其在多領域的應用機制與實踐進展，為技術優(yōu)化及產(chǎn)業(yè)落地提供參考。一、生物炭生產(chǎn)技術體系生物炭的生產(chǎn)過程涉及原料選擇、熱解工藝調(diào)控及后處理改性，不同環(huán)節(jié)的協(xié)同優(yōu)化決定了生物炭的理化性質(zhì)與應用方向。（一）熱解工藝類型熱解是生物炭制備的核心環(huán)節(jié)，升溫速率、停留時間、熱解溫度等參數(shù)直接影響產(chǎn)物分布與性質(zhì)：慢速熱解：升溫速率低（<10℃/min）、停留時間長（數(shù)小時至數(shù)天），炭化溫度通常為300~700℃，產(chǎn)物以生物炭為主（產(chǎn)率25%~40%）。傳統(tǒng)木炭燒制、現(xiàn)代固定床/回轉窯工藝均屬此類，所得生物炭孔隙發(fā)育良好、碳固定效率高，適用于土壤改良與碳封存?？焖贌峤猓荷郎厮俾矢撸?gt;100℃/min）、停留時間短（<2s），溫度500~900℃，產(chǎn)物以生物油為主（產(chǎn)率50%~75%），生物炭產(chǎn)率約15%~25%。流化床、燒蝕反應器是典型裝置，生物炭表面含較多揮發(fā)分殘留，經(jīng)后處理可用于吸附材料制備。微波熱解：利用微波選擇性加熱，升溫速率快且均勻，能耗低，生物炭產(chǎn)率介于慢速與快速之間。微波能促進生物質(zhì)內(nèi)部極性分子振動，熱解過程更可控，所得生物炭孔隙結構豐富，在重金屬吸附中表現(xiàn)優(yōu)異。（二）原料選擇與預處理生物質(zhì)原料的特性直接影響生物炭的產(chǎn)率與功能：原料特性：農(nóng)業(yè)廢棄物（秸稈、稻殼）、林業(yè)殘余物（木屑、樹皮）、畜禽糞便、污泥等均可作為原料。木質(zhì)素含量高的原料（如木屑）熱解后生物炭碳含量更高、穩(wěn)定性強；畜禽糞便類原料灰分含量高，需經(jīng)預處理降低雜質(zhì)干擾。預處理技術：機械粉碎（減小粒徑，增加反應面積）、酸洗/堿洗（脫除灰分，優(yōu)化孔隙結構）、水熱炭化（預處理后熱解，提升表面官能團數(shù)量）等，可針對性調(diào)控生物炭理化性質(zhì)，滿足不同應用需求。（三）活化與改性技術通過活化或改性可進一步優(yōu)化生物炭的孔隙結構與表面化學性質(zhì)：物理活化：以CO?、水蒸氣等氧化性氣體為活化劑，在700~1000℃下刻蝕生物炭表面，形成豐富微孔。CO?活化可使生物炭比表面積提升至1000m2/g以上，適用于氣體吸附?；瘜W活化：采用KOH、ZnCl?、H?PO?等化學試劑浸漬原料后熱解，試劑與生物質(zhì)發(fā)生脫水、擴孔反應。KOH活化可引入大量介孔，使生物炭對重金屬的吸附容量顯著提升（如對Pb2?吸附容量可達500mg/g以上）。表面改性：通過負載金屬氧化物（Fe?O?、MnO?）、接枝官能團（氨基、羧基）等方式，增強生物炭對特定污染物的靶向吸附能力，或賦予其催化活性（如負載TiO?用于光催化降解有機污染物）。二、生物炭的多元化應用生物炭的功能特性使其在土壤改良、環(huán)境污染修復、能源材料等領域展現(xiàn)出多元化應用潛力。（一）土壤改良與農(nóng)業(yè)增效生物炭可通過理化性質(zhì)調(diào)控與養(yǎng)分循環(huán)優(yōu)化提升土壤質(zhì)量：理化性質(zhì)調(diào)控：生物炭的高比表面積與孔隙結構可改善土壤團聚體結構，提高持水保肥能力；堿性生物炭（如秸稈炭）可調(diào)節(jié)酸性土壤pH，降低鋁毒風險。田間試驗表明，添加2%~5%生物炭可使砂質(zhì)土壤保水能力提升15%~30%。養(yǎng)分循環(huán)優(yōu)化：生物炭表面官能團可吸附NH??、PO?3?等養(yǎng)分離子，減少淋失；其作為微生物載體，可促進根際有益菌（如固氮菌、解磷菌）增殖，提高土壤養(yǎng)分轉化效率。長期定位試驗顯示，生物炭配施化肥可使作物產(chǎn)量提升8%~20%。（二）環(huán)境污染修復生物炭在重金屬、有機污染物及水體污染治理中表現(xiàn)突出：重金屬污染治理：生物炭通過物理吸附、絡合作用（羧基、羥基與重金屬離子結合）、還原作用（將Cr??還原為Cr3?）固定土壤或水體中的重金屬。如稻殼炭對Cd2?的吸附容量可達120mg/g，且在酸性條件下仍保持穩(wěn)定。有機污染物降解：生物炭可作為高級氧化工藝的催化劑載體（如負載Fe?O?催化過硫酸鹽降解多環(huán)芳烴），或通過π-π共軛作用吸附有機污染物（如抗生素、染料）。研究表明，生物炭基復合材料對四環(huán)素的去除率可達90%以上。水體凈化：生物炭可吸附水體中懸浮物、色素及溶解性有機物，同時降低水體COD、氨氮含量。磁性生物炭可通過外磁場快速分離，實現(xiàn)循環(huán)利用。（三）能源與材料領域生物炭的高導電性與孔隙結構使其在儲能、催化領域展現(xiàn)潛力：儲能應用：生物炭可作為超級電容器電極材料，經(jīng)活化后比電容可達200~400F/g；其對H?、CH?的吸附能力（如77K下H?吸附量達2.5wt%）為清潔能源儲存提供可能。催化材料：生物炭表面的碳缺陷與官能團可作為催化活性位點，或負載金屬納米顆粒（如Ni、Co）用于費托合成、生物質(zhì)熱解提質(zhì)等反應，展現(xiàn)出良好的催化穩(wěn)定性。（四）其他創(chuàng)新應用生物炭基復合材料可用于建筑保溫（如摻入混凝土降低導熱系數(shù)）、飼料添加劑（吸附霉菌毒素，改善動物腸道環(huán)境）等領域，拓展了生物炭的應用邊界。三、發(fā)展挑戰(zhàn)與未來展望（一）現(xiàn)存挑戰(zhàn)生產(chǎn)端：原料供應分散，規(guī)?；占杀靖撸粺峤夤に嚹芎呐c污染問題待解決（如快速熱解產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物需處理）；生物炭品質(zhì)（孔隙結構、官能團）的精準調(diào)控技術不成熟。應用端：生物炭長期環(huán)境效應不明（如碳固存的持久性、對土壤微生物群落的潛在影響）；不同土壤類型、污染物的適用性差異大，缺乏標準化應用方案。（二）未來方向定向制備技術：結合機器學習與多組學分析，建立“原料-工藝-性能-應用”關聯(lián)模型，實現(xiàn)生物炭的定制化生產(chǎn)（如針對重金屬污染的高吸附炭、針對土壤改良的高保肥炭）。耦合工藝創(chuàng)新：開發(fā)“生物炭生產(chǎn)-廢棄物處理-資源回收”耦合系統(tǒng)（如污泥熱解制炭同步回收重金屬），提升工藝經(jīng)濟性與環(huán)境效益。生態(tài)風險管控：開展長期定位監(jiān)測，明確生物炭在不同環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉化規(guī)律，建立安全