综述：生物炭辅助原始生物质气化的反应性及对焦油重整的协同效应综述

这篇综述深入探讨了生物炭（Biochar）作为催化剂在生物质气化（Biomass Gasification）中的应用，重点分析了其反应活性及与原始生物质的协同效应（Synergistic Effect）。文章系统总结了生物炭的理化特性（如孔隙结构、表面官能团和AAEMs含量）对焦油（Tar）重整和富氢合成气（H2 -rich Syngas）产率的调控机制，并指出优化工艺参数（如温度、蒸汽流量）是实现高效气化的关键。推荐关注生物炭改性（如金属负载、化学活化）对提升催化性能的潜力。

　　

生物炭辅助气化技术：从焦油挑战到协同增效

引言

全球变暖背景下，生物质气化作为可再生燃料（如H₂
）的生产途径备受关注，但焦油生成制约其效率。焦油是含氧烃类混合物，易堵塞设备并降低合成气热值。生物炭因其低成本、高孔隙率和催化活性成为焦油重整的理想选择，但其反应性受原料特性、制备条件及协同作用影响显著。

焦油问题与解决策略

焦油按分子量分为初级（400-700°C）、次级（700-900°C）和三级产物（>900°C），其中木质素衍生的多环芳烃（PAHs）热稳定性最高。移除策略分原位（Primary）和下游（Secondary）两类：前者通过优化气化温度（>800°C可减少焦油30%）或添加催化剂（如橄榄石、白云石）；后者依赖物理过滤（静电除尘效率>99%）或催化裂解反应器（Ni/Al₂
O₃
转化率90%）。

生物炭的反应性

生物炭的活性取决于孔隙结构和无机成分。例如，椰壳炭因富含钾（2807 mg/kg）在850°C下反应性指数达2.28，而含硅量高的油棕壳炭仅0.32。热解温度是关键——550°C制备的苹果枝生物炭比表面积最大，而>600°C会导致微孔塌陷和结晶化，降低活性。此外，快速热解（20°C/min）比慢速（1°C/min）产生更多无定形结构，有利于反应位点暴露。

协同效应机制

生物炭与生物质共气化时，AAEMs（如K、Ca）通过插层反应（C_n
M形成）削弱碳链，促进焦油裂解。例如，海藻炭（16.55%灰分，60% AAEMs）与雪松木共气化可使H₂
产率提升1.77倍，焦油减少11%。但硅酸盐生成（如稻壳炭）会钝化金属活性，导致负协同效应。孔隙平衡也至关重要——过量生物质（>50%）产生的焦油会堵塞生物炭微孔，抑制反应。

生物炭改性技术

通过蒸汽活化或化学浸渍（如KOH、ZnCl₂
）可增强性能。KOH活化使稻壳炭比表面积提升4.3倍，K含量增至27.88%wt.；Ni纳米颗粒负载（5%wt.）使甲苯转化率达90%。纳米催化剂（如Fe₃
C-Mo₂
C）还能通过溶碳效应稳定活性位点，循环5次后效率仍保持84.77%。

挑战与前景

季节性生物质供应差异和硅干扰是主要瓶颈。未来需开发通用性强的生物炭配方，并探索残炭回用工艺。工业级应用中，结合过程强化（如两段式气化）和原位表征技术（如TPO分析积碳）将推动技术落地。

（注：全文严格基于原文数据，未添加非引用结论。）