H3PO4/Fe2O3协同促进竹材慢速热解增强生物炭固碳效能及其在绿色低碳水泥中的应用机制

针对生物质热解碳保留率低及传统添加剂局限性问题，研究人员提出H3PO4/Fe2O3协同辅助竹材慢速热解新策略，通过形成P-O-C和Fe-OH结构提升生物炭产率（增加6.95%-7.78%）和抗氧化性，并成功应用于水泥改性（抗压强度提升17.7%-27.7%），为CCUS技术及低碳建材开发提供新思路。

　　

随着工业化和城市化进程加速，温室气体排放与能源消耗问题日益严峻。生物质热解作为有效的碳捕集与封存（CCUS）技术，其核心挑战在于如何提升生物炭的碳保留率。传统热解仅能保留生物质中约50%的碳，且单一添加剂（如H₃PO₄）存在产物酸性过强等应用限制。为此，合肥工业大学的研究团队在《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》发表研究，创新性地提出H₃PO₄/Fe₂O₃协同辅助竹材慢速热解技术，不仅显著提升生物炭性能，更开创了生物炭在低碳水泥中的高值化应用路径。

研究采用固定床慢速热解系统（500℃），通过元素分析、FTIR和XPS等技术解析生物炭结构特征，并测试改性水泥的抗压强度。关键发现包括：

Biochar yield and carbon retention
协同热解使生物炭产率较单一添加剂提升6.95%（H₃PO₄）和7.78%（Fe₂O₃），碳保留率显著提高。XPS证实生物炭表面形成P-O-C共价键和Fe-OH复合物，构成物理屏障抑制氧化和生物矿化。

Material characterization
FTIR显示协同热解促进芳香族碳结构缩合，Fe₂O₃中和了H₃PO₄的酸性，使生物炭pH适于水泥掺混。

Cement compressive properties
掺入1wt%协同改性生物炭的水泥抗压强度提升17.7%-27.7%，归因于生物炭孔隙结构促进水化产物生成及磷铁元素的晶核效应。

该研究揭示了磷铁协同增强生物炭碳保留的双重机制：化学上形成稳定P-O-C键，物理上通过Fe-OH覆盖层阻隔碳流失。将生物炭应用于水泥领域，既解决了土壤改良的潜在污染风险，又通过建材固化实现碳的永久封存。合肥工业大学团队提出的"热解-改性-建材应用"技术链条，为生物质资源化与碳中和目标协同推进提供了创新范式，其成果对发展绿色低碳建材具有重要指导价值。