《Molecules》：Production and Physicochemical and Structural Characterization of a Hydrochar Derived from Agave Leaves and Tequila Vinasse with Potential Agricultural Applications
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agro-industrial waste（农业工业废物）的产生促使研究人员寻求可行且可持续的替代利用途径；因此，研究人员提出水热碳化（Hydrothermal Carbonization, HTC）作为将废物转化为可改善土壤质量的含碳产物的手段。为此，研究人
agro-industrial waste（农业工业废物）的产生促使研究人员寻求可行且可持续的替代利用途径；因此，研究人员提出水热碳化（Hydrothermal Carbonization, HTC）作为将废物转化为可改善土壤质量的含碳产物的手段。为此，研究人员评估了以龙舌兰酒酒糟和Agave tequilana Weber叶为原料生产水热炭（hydrochar）的HTC工艺条件。在200 °C下，考察不同反应时间（8、12和16 h）与柠檬酸催化剂浓度（0%、5%和10%），使用新鲜龙舌兰叶和原酒糟。研究人员通过多种仪器分析（X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)和X射线荧光(XRF)）对水热炭进行结构、官能团和元素组成表征。无催化剂8 h时产率最高（44.6%），并随处理时间延长而下降。酒糟因其酸性pH（3.8）可有效作为水介质和天然催化剂，从而无需额外加水和加酸。较长时间处理时，由于碳水化合物降解，水热炭结构内形成微球。短时间无催化剂所得水热炭具有可提升阳离子交换量（Cation Exchange Capacity, CEC）的羧基和羟基官能团，从而增加接触表面积。在所评估条件下，HTC工艺适用于由龙舌兰叶和酒糟生产水热炭。
研究背景方面，气候变化由气温上升与温室气体排放驱动，农业等部门需采用新技术应对粮食需求与气候情景。土壤物理化学性质退化使有机改良剂成为恢复土壤功能的关键策略。生物炭（biochar）与水热炭（hydrochar，水相缺氧低温碳化得到的含碳固体产物）因特殊理化性质受关注。水热碳化（HTC）可在180至250 °C、20至40 bar自生压力、缺氧条件下处理高湿生物质，较热解更节能。墨西哥龙舌兰产业产生大量龙舌兰叶废物与龙舌兰酒酒糟（tequila vinasse），酒糟按8 L酒糟/L龙舌兰酒估算年生成约42.35亿L，管理困难且具污染风险。研究人员由此开展以龙舌兰叶和酒糟共碳化制备农用水热炭的研究，论文发表于《Molecules》。
关键技术方法方面，原料取自Jalisco的5年生Agave tequilana Weber var. azul收获后叶片及Guadalajara酒厂扩散法原酒糟。使用5 L旋转反应器在200 °C自生压力下变更反应时间（8、12、16 h）与柠檬酸（0%、5%、10%）及单原料对照。产物经真空过滤与105 °C烘干。表征采用XRF、FTIR-ATR、XPS（Al Kα源）、元素分析（FlashSmart）、SEM-EDS与pH/电导测定。经济分析基于假设生物炼制厂做成本收益、净现值（NPV）与内部收益率（IRR）测算。
研究结果如下。化学表征原料部分表明，龙舌兰叶木质素12.53%与全纤维素79%符合文献；酒糟pH 3.8可提供天然酸催化，故可省外源酸。水热炭产率部分显示，HH8-0（叶+水，8 h）产率44.6%最高，H16-10最低34.4%；时间长降低产率，酒糟具催化作用使混合料产率低于单叶体系，柠檬酸浓度变化无显著差异。水热炭化学表征部分显示，终pH 5.0至5.5；未检出Co、As、Ag、Sb、Hg、Pb、Th、U；部分处理Mo超植物正常限存毒理风险，Zn在HH8-0偏高但低于森林生物质炭文献值。FTIR与XPS表面官能团部分显示，3700至3000 cm?1羟基、3000至2900 cm?1脂肪C–H、1690至1735 cm?1芳环共轭羧基C=O；XPS中C1s峰284.7 eV（C–O/C=C）、286.3 eV（C–OH/C–N/C–O–C）、287.1 eV（C=O），O1s含COO、羟基水、C–OH、>C=O/?COO?，N1s含无机氮、吡咯氮、蛋白氮、吡啶氮；8 h含氧官能团多于16 h，长时间脱水脱羧与缩合使结构更芳香疏水，羧基羟基提升CEC与养分保持。微观结构部分显示，HH8-0呈微皱层状，16 h出现碳水化合物降解微球，酒糟作介质增加孔隙度。浸出液表征部分显示，叶+酒糟使pH由3.8升至4.4，HH8/HH16达4.8/4.7；HV8中总固体（TS）由32.6 g/L降至15至10 g/L，降幅达70%，优于絮凝或厌氧工艺文献值，利于减污处置。厂级成本收益部分显示，Jalisco拟建4000 L反应器日处理6400 L酒糟与3.5 t叶产300 kg水热炭；成本收益比（C/B）为每1 MXN营运支出换1.36 MXN毛利，投资44741 USD，月净利18165 USD，回收期2.5月；NPV在15%折现率下为正，IRR极高，具财务可行性。
讨论总结方面，研究人员指出短时应处理保留含氧官能团与产率，酒糟同时供水、酸催化与污染物减量功能，使HTC成为龙舌兰产业circular economy（循环经济）路径；但Mo等元素潜在植物毒性和液相农用仍需后续验证。结论部分翻译为：通过水热碳化转化龙舌兰酒酒糟与龙舌兰叶获得了具有土壤改良潜力的增值水热炭，因此建议开展土壤与植物试验评价其效应。8 h水热碳化相较12与16 h所得水热炭具备土壤施用所需结构与化学性质；酒糟酸性提升工艺并增产，减少酸剂与水添加，同时转化高污染废物。成本收益分析表明HTC在循环经济框架下回收龙舌兰废物具可行性，可产土壤调理剂并助气候减缓。
