25日,記者從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉,該院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所種植廢棄物清潔轉(zhuǎn)化與高值利用團(tuán)隊揭示了秸稈焦油通過聚合改性制備儲能碳材料的合成路徑與調(diào)控機(jī)制,為秸稈高值利用提供了新視角和新方法。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于英文學(xué)術(shù)期刊《生物炭》。
2022年,我國農(nóng)作物秸稈8.65億噸,推進(jìn)秸稈高值利用是改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、加快農(nóng)業(yè)綠色低碳發(fā)展的重要舉措。熱解技術(shù)可以將秸稈轉(zhuǎn)化為生物炭、熱解氣、熱解焦油等產(chǎn)品,促進(jìn)秸稈離田高值利用。其中,熱解焦油具有碳含量高、灰分含量低、易聚合等特點(diǎn),適于調(diào)控合成多孔碳材料,但焦油組分復(fù)雜,聚合成碳機(jī)理和孔隙調(diào)控規(guī)律不清。
論文通訊作者、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員姚宗路介紹,研究提出焦油聚合協(xié)同活化摻氮來制備多孔儲能碳材料的合成策略,發(fā)現(xiàn)尿素和氫氧化鉀的協(xié)同作用對氮元素?fù)诫s和微介孔形成發(fā)揮了重要作用,并表現(xiàn)出優(yōu)異的儲能特性。團(tuán)隊用焦油制備的碳材料組裝的超級電容器器件進(jìn)行測試,該器件在三電極體系下最高比電容為309.5法拉/克,在兩電極對稱體系中循環(huán)10000次后,單極比電容仍保持80.1%的循環(huán)特性,性能顯著優(yōu)于商業(yè)活性碳。
圖為秸稈焦油聚合改性制備多孔碳反應(yīng)路徑。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院供圖
該研究為秸稈高價值利用提供了新路徑和理論支持?!叭绻迷撗芯堪l(fā)現(xiàn)的秸稈焦油制備儲能電極材料技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。我們對該技術(shù)進(jìn)行了能量與經(jīng)濟(jì)性分析,發(fā)現(xiàn)在不考慮設(shè)備投資和人工成本的情況下,采用該技術(shù)策略處理焦油每噸可以產(chǎn)生1.2萬-1.7萬元的經(jīng)濟(jì)效益,具有較好的市場應(yīng)用潛力?!币ψ诼氛f。