网络首发||吕学斌教授：有机固废制备生物炭材料及应用

创新点

1. 有机固废转化为生物炭的技术路线出发，系统梳理热解、气化、水热碳化及微波热解等生物炭制备技术；

2. 研究参数优化（温度、原料预处理等）或改性手段（物理改性、化学改性、生物改性）提升生物炭性能的路径，增强工艺优化的理论基础，为生物炭的工业化应用提供了见解和参考；

3. 探讨了生物炭在实际应用中的潜力，强调深入研究生物炭在不同环境中的行为，评估其长期生态效应，并开发低成本、高效率的制备工艺，以期为以后的深入研究提供理论支持。

通讯作者简介

吕学斌教授

吕学斌教授，西藏大学生态环境学院院长、教授、博士生导师，国家级重大人才工程计划入选者、国家重点研发计划项目首席科学家，主要从事高寒高海拔地区多源固废综合处置、可再生碳基固废的高值化利用、大宗工业固体危废的资源化利用等方向的人才培养和科学研究。任西藏自治区化学会理事、西藏自治区工业绿色发展专家、天津市生物质燃气燃油工程技术中心副主任、中国能源学会专家委员会生物质专家组委员、天津市可再生能源学会碳中和专委会副主任委员、巴塞尔公约亚太区域中心化学品和废物环境管理智库专家、《工业水处理》期刊编委。发表高水平研究论文100余篇，授权专利10余项，参编并出版专著3部，承担国家重点研发计划项目在内的省部级以上项目10余项，获得天津市科技进步一等奖1项，天津市技术发明一等奖1项，天津市自然科学二等奖1项，西藏自治区科学技术一等奖1项，福建省科学技术二等奖1项，华夏建设科学技术二等奖1项，国家级教学成果二等奖1项，省部级教学成果奖一等奖3项、二等奖1项。

有机固废制备生物炭材料及应用

作者

唐雨菲¹，宋佳诚¹，郭宇航¹，瞿佳璐¹，熊健¹，乔怡娜²，吕学斌¹^,*

单位

1. 西藏大学生态环境学院

2. 中北大学环境与安全工程学院

基金项目

1. 2022年西藏自治区科技计划中央引导地方项目（XZ202202YD0027C）

2. 中央财政支持地方高校发展专项资金项目（2024年1号）

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摘要

随着城镇化和工业化进程的不断推进，全球有机固体废物的产生量急剧增加，加剧了环境污染，并造成大量的资源浪费。如何高效、可持续地处理此类废弃物已成为全球环境治理和资源利用的重要研究课题。生物炭作为具有良好环境适应性和多功能性的碳材料，因其在有机固废处理、土壤改良、水体修复等方面的潜力而成为研究热点。探讨了生物炭的制备方法、影响因素及其在环境修复中的应用。首先，回顾了有机固废转化为生物炭的技术路线，包括热解、气化、水热碳化和微波热解等，并深入分析了不同技术对生物炭性能的影响。为了优化生物炭的性能，考察了物理改性、化学改性和生物改性3种主要的生物炭改性技术。此外，还广泛探讨了生物炭在实际应用中的潜力。同时，生物炭在碳封存领域的潜力也引起了广泛关注。通过将有机废弃物转化为生物炭，可有效锁定大气中的CO₂，减少温室气体排放，对缓解全球气候变化有积极意义。然而，尽管生物炭在多个领域有广阔的应用前景，但对其长期环境影响和潜在风险的研究相对有限。同时，生物炭的制备成本、原料来源和规模化生产的可行性等挑战也亟待解决。为推动生物炭技术的广泛应用，未来需更深入地探讨生物炭在不同环境中的行为，评估其长期生态效应，并开发低成本、高效率的制备工艺。此外，生物炭的社会经济效益应该成为未来研究的重点。

研究背景

近年来，随着我国城市化、工业化快速发展，有机固体废弃物（Organic Solid Waste，OSW，以下简称有机固废）的产量迅速增加。1980年至2021年，我国每年产生的有机固废从27.27亿t增长到36.97亿t。有机固废中含有脂类、蛋白质、碳水化合物、矿物质等营养成分，按来源可分为农业废弃物、林业废弃物、工业废弃物和城市生活垃圾。这些有机固废若处理不当会导致环境污染和资源浪费，对生态系统和人类健康构成严重威胁。例如，有机固废含有大量易腐有机质和病原菌，若未经妥善处理，易腐败发臭、传播疾病，同时排放大量温室气体，加剧全球气候变化。

传统的有机固废处置方法主要包括填埋和焚烧。填埋方法简单，但占用大量土地资源，并且可能导致地下水污染和气体排放的问题。焚烧可以有效减少废物体积，但会产生有害气体和灰渣，对环境造成二次污染。此外，这些方法都没有实现废物的资源化利用，造成了资源的浪费。

在这一背景下，生物炭因其具有优异的吸附性能、土壤改良能力以及潜在的能源价值而逐渐成为当下的研究热点。利用有机固废制备生物炭不仅可以有效减少有机固废的环境影响，而且其产物生物炭能用于土壤改良、水体修复、污染物吸附、能源存储等多个领域，为有机固废的资源化处置提供了一种环境友好的解决方案，有助于实现经济和环境的双重效益。

本文综述了不同制备方法、影响因素和改性技术对生物炭性质的影响，以及生物炭在环境中的应用。同时提出生物炭应用的未来前景和潜在解决方案，为生物炭的规模化生产和应用提供一定的理论指导。

部分图表

图1 各种生物质原料和热解获得的相应产品^[9]

图2 生物炭在各领域的应用

引文格式

唐雨菲, 宋佳诚, 郭宇航, 瞿佳璐, 熊健, 乔怡娜, 吕学斌. 有机固废制备生物炭材料及应用[J/OL]. 能源环境保护: 1-13[2025-03-11]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250303.

TANG Yufei, SONG Jiacheng, GUO Yuhang, QU Jialu, XIONG Jian, QIAO Yina, LYU Xuebin. Preparation and Applications of Biochar Materials from Organic Solid Waste[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-13[2025-03-11]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250303.

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期刊简介

《能源环境保护》创刊于1987年，双月刊，ISSN 2097-4183/CN 33-1264/X，是由中国煤炭科工集团有限公司主管、中煤科工集团杭州研究院有限公司主办的环境类学术期刊。主编由中国工程院高翔院士担任。主要刊载与能源环境保护有关的基础科学、技术科学及其交叉学科领域的学术论文。已被瑞典开放存取期刊目录（Directory of Open Access Journal，DOAJ）、美国《化学文摘》（Chemical Abstracts, CA）、俄罗斯《文摘杂志》（AJ，VINITI）、美国《乌利希期刊指南》（Ulrichweb）、欧洲学术出版中心（EuroPub）等数据库收录，连续6年入选《煤炭领域高质量科技期刊目录》T2级。在“双碳”目标下，将进一步聚焦学术前沿、荟萃科学发现、追踪最新动态、汇集最佳成果，推进降碳、减污、绿色低碳发展。

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编辑｜姚情璐

审核｜金丽丽

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