激光驱动生物质快速热解新方法：生物炭特性调控与功能化应用研究

针对传统生物质热解技术加热速率低(<1.67°C/s)、实时监测困难等瓶颈问题，研究人员开发了激光驱动快速热解系统(LFP)，实现100°C/s超快加热和红外测温。研究发现快速加热(100°C/s)使生物炭电阻率降低4个数量级至5.81Ω·cm，为功能化生物炭材料制备提供了新思路。

　　

随着全球能源需求激增，生物质能作为碳中和的可再生能源备受关注。传统生物质热解技术面临重大挑战：商用热重分析仪(TGA)加热速率仅0.83-1.67°C/s，固定床反应器缺乏实时质量监测能力，这些限制严重阻碍了对快速热解(≥10°C/s)条件下生物炭特性的系统研究。更关键的是，现有技术难以解释加热速率与温度对生物炭导电性能的协同作用机制——这个问题直接关系到功能化碳材料的开发应用。

中国的研究团队在《Bioresource Technology》发表突破性成果，开发出革命性的激光驱动快速热解系统(LFP)。该系统集成300W双激光加热、±1.5%精度的红外热成像和0.0001g分辨率的分析天平，实现了100°C/s的超快加热速率——比传统TGA快60倍。通过研究杨木在不同加热条件(10°C/s vs 100°C/s)和温度(400-700°C)下的热解行为，团队首次揭示了超快加热对生物炭导电性能的惊人影响：在600°C时，快速热解使生物炭电阻率从4.68×10⁴Ω·cm骤降至5.81Ω·cm，降幅达四个数量级！

关键技术包括：(1)双激光同步加热系统实现程序化温控；(2)红外热成像实时监测样品表面温度分布；(3)高精度分析天平连续记录质量变化；(4)采用50mg杨木粉末标准化实验体系。

【Biochar yield analysis】

质量损失曲线显示：100°C/s超快加热将反应时间缩短50%至50秒内。400°C以下快速脱挥发分导致生物炭产率显著降低，但400°C以上产率比稳定在1.34±0.03。

【Pore structure evolution】

孔隙体积和比表面积在500-600°C区间开始增加，但快速加热导致600°C时孔隙体积骤降6倍(0.127→0.021ml/g)，比表面积锐减8倍(223.71→27.83m²/g)。

【Electrical properties】

最突破性的发现是电阻率变化：600°C时快速加热使电阻率从4.68×10⁴Ω·cm降至5.81Ω·cm，这种"超导跃迁"效应为生物炭电子器件开发开辟新途径。

这项研究开创性地证明：超快加热速率可显著改变生物炭的电子传输特性，而与孔隙结构变化无关。LFP系统为精准调控生物炭性能提供了全新工具，特别在开发高导电生物炭材料方面具有重大应用价值。研究不仅解决了传统热解技术难以实现极端加热条件的科学难题，更为生物质高值化利用提供了理论依据和技术支撑，对推动可持续能源和功能材料发展具有重要意义。