《基于单反应器物理活化法的Pistacia terebinthus壳高效制备多孔碳材料：碳化与活化动力学研究及能量优化》

本研究针对传统物理活化法能耗高、步骤繁琐的问题，创新性地提出单反应器连续热处理方法，以地中海地区废弃生物质Pistacia terebinthus壳为原料，通过CO2/H2O活化制备高性能活性炭。结果表明，H2O活化在800°C时可实现1173 m2/g比表面积和70%介孔率，较CO2活化节能30%，为生物质资源化提供了高效环保新策略。

　　

在地中海沿岸的石灰质土壤上，生长着一种名为Pistacia terebinthus的植物，其果实提取油脂后产生的壳类废弃物长期被忽视。与此同时，工业上制备活性炭的传统物理活化法需要独立的碳化和活化步骤，中间冷却过程导致30%的额外能耗。如何实现废弃生物质的高值化利用，同时突破现有工艺的能效瓶颈，成为可持续发展领域的重要课题。

来自国外研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表的研究，创新性地开发了单反应器连续活化工艺。该研究采用热重分析(TGA)实时监测质量变化，通过BET比表面积分析和BJH孔径分布测定表征材料特性，结合Flynn-Wall-Ozawa (FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose (KAS)模型解析动力学过程。

参数效应对活性炭孔隙率的影响
活化温度实验显示，H₂O在800°C时形成40?宽介孔，其比表面积(946 m²/g)是CO₂活化的1.4倍。碳化温度研究表明，400°C预处理可平衡孔隙发育与产率，避免500°C时的过度碳化。活化剂浓度测试揭示，H₂O:N₂=1:1时介孔表面达463.2 m²/g，其反应速率常数(k′₀=0.0081 min^-1)显著高于CO₂。

动力学建模
碳化动力学呈现两阶段特征：转化率0.1-0.3时活化能从102 kJ/mol降至77 kJ/mol，反映半纤维素分解；0.3-0.45时回升至102 kJ/mol，对应木质素降解。活化过程符合零级动力学，H₂O的活化能(64.8 kJ/mol)仅为CO₂的55%，证实其自由基反应优势。

该研究通过反应器设计创新，将传统两段式工艺整合为连续流程，在保证1173 m²/g高比表面积的同时实现能耗降低30%。特别值得注意的是，H₂O活化产生的•OH自由基能同步拓宽孔隙并维持结构稳定性，这种"自生成CO₂"效应（见反应式C+H₂O→CO+H₂）为设计分级孔材料提供了新思路。研究不仅为地中海特色生物质的资源化开辟路径，其单反应器设计更为工业放大提供了可靠模板，对推动绿色制造具有重要意义。