Биоуголь — это экологически чистый пористый материал, получаемый путем пиролиза сельскохозяйственных отходов (например, соломы, ореховой скорлупы). Он обеспечивает такие ключевые преимущества, как связывание углерода, улучшение почвы и адсорбция загрязняющих веществ. Благодаря стабильному хранению углерода в течение столетий он снижает выбросы парниковых газов. Он улучшает удержание воды в почве и доступность питательных веществ, стимулируя рост сельскохозяйственных культур, а также иммобилизует тяжелые металлы и органические загрязнители для экологической реабилитации. Кроме того, биоуголь перерабатывает отходы в ценные ресурсы, обеспечивая устойчивый цикл «от отходов до лечения». Среди материалов биоугля наиболее распространенными являются уголь из скорлупы кокосовых орехов, бамбуковый уголь и уголь из фруктовой скорлупы (например, уголь из скорлупы грецкого ореха и уголь из скорлупы абрикоса). Из-за разного сырья они имеют значительные различия в структуре пор, удельной площади поверхности и адсорбционных характеристиках, что, в свою очередь, влияет на их применение в промышленности, охране окружающей среды, энергетике и других областях.
В этой статье будут сравниваться различия между углем из скорлупы кокосовых орехов и другими биоуглями по четырем параметрам: структура пор (распределение микропор, мезопор, макропор), удельная площадь поверхности, эффективность адсорбции и применимые сценарии, чтобы помочь пользователям выбирать углеродные материалы более научно.
1. Структура пор: преимущество микропор в древесном угле из скорлупы кокосового ореха более заметно
Пористая структура биоугля обычно делится на:
| Микропоры (<2 нм) | Доминирующая адсорбция малых молекул (таких как газы, ионы тяжелых металлов) |
| Мезопоры (2-50 нм) | Влияют на адсорбцию жидкости (например, органических загрязнителей) |
| Мезопоры (2-50 нм) | В основном используются в качестве каналов передачи, влияющих на проницаемость. |
(1) Кокосовый уголь имеет хорошо развитые микропоры, более сильную адсорбцию малых молекул. Кокосовый уголь может образовывать высокоразвитую структуру микропор после высокотемпературной карбонизации (600-900°C) благодаря своему плотному сырью и особой структуре волокон, а доля микропор может достигать более 70%. Это делает его превосходным в адсорбции газов (таких как ЛОС, формальдегид) и материалах для электродов суперконденсаторов.
(2) Бамбуковый уголь имеет больше мезопор, подходит для очистки жидкостей. В основном это макропоры и небольшое количество мезопор, со слабой адсорбционной способностью, подходит для фильтрации крупных молекулярных примесей. После физической активации активированный уголь из бамбукового угля имеет высокую долю микропор, до более чем 90%, и может эффективно адсорбировать материалы с малыми молекулами.
(3) Древесный уголь из скорлупы фруктов (например, уголь из скорлупы грецкого ореха): более сбалансированное распределение пор Структура пор угля из скорлупы фруктов (например, скорлупы грецкого ореха, абрикосовой скорлупы) находится между углем из кокосовой скорлупы и бамбуковым углем, а распределение микропор и мезопор более сбалансировано. Подходит для очистки воды, десульфурации и денитрификации, но удельная площадь поверхности обычно ниже, чем у угля из скорлупы кокосового ореха.
| Уголь из скорлупы кокосового ореха | Бамбуковый уголь | Древесный уголь из скорлупы фруктов | |
| Удельная площадь поверхности | 1000-1500 м²/г (до 2000 м²/г и более после активации) | 500-1500 м²/г | 700-1200 м²/г |
Заключение:
Адсорбция газа (например, очистка воздуха):
уголь из скорлупы кокосового ореха > уголь из скорлупы фруктов > бамбуковый уголь
Адсорбция жидкости (например, при очистке воды):
бамбуковый уголь≈ уголь из скорлупы фруктов > уголь из скорлупы кокосового ореха
2. Удельная поверхность: уголь из скорлупы кокосового ореха намного впереди
Удельная площадь поверхности (общая площадь поверхности углеродного материала на единицу массы) напрямую влияет на адсорбционную способность.
В общем, чем больше удельная площадь поверхности, тем выше эффективность адсорбции. Углеродный материал Удельная площадь поверхности (м²/г)
Почему уголь из скорлупы кокоса имеет более высокую удельную площадь поверхности? Естественная структура волокон скорлупы кокоса плотнее, и после высокотемпературной карбонизации может быть образовано больше микропор. Химическая активация (например, активация KOH, H₃PO₄) может дополнительно расширить удельную площадь поверхности до более чем 2000 м²/г. Поэтому уголь из скорлупы кокоса является лучшим для адсорбции газа. Бамбуковый уголь подходит для адсорбции жидкой фазы. Фруктовая скорлупа подходит для широкого спектра сценариев
3. Сравнение характеристик адсорбции: как сделать выбор в различных сценариях?
(1) Адсорбция газа (ЛОС, формальдегид, хранение энергии) Лучший выбор: уголь из скорлупы кокосового ореха • Микропористая структура может эффективно адсорбировать низкомолекулярные газы (такие как бензол и формальдегид).
В суперконденсаторах уголь из скорлупы кокосовых орехов с высокой удельной площадью поверхности может обеспечить больше активных участков и улучшить плотность хранения энергии.
(2) Обесцвечивание (удаление тяжелых металлов, красителей) Рекомендуется: бамбуковый уголь или уголь из фруктовой скорлупы. • Пористая структура больше подходит для адсорбции макромолекулярных загрязнителей (таких как красители, органические сточные воды).
Уголь из скорлупы кокосовых орехов может иметь низкую скорость диффузии при очистке воды из-за чрезмерного количества микропор.
(3) Десульфуризация и денитрификация (очистка промышленных отходящих газов) Применимо: уголь из скорлупы фруктов или модифицированный уголь из скорлупы кокосовых орехов. • Необходимо учитывать как микропоры (адсорбция SO₂/NOx), так и мезопоры (увеличение скорости реакции), а уголь из скорлупы фруктов более сбалансирован.
В этом сценарии также можно использовать кокосовый уголь путем модификации поверхности (например, путем добавления оксидов металлов).
4. Тенденция рынка: почему уголь из скорлупы кокосового ореха более популярен на рынке элитного товара?
В последние годы применение кокосового угля в аккумуляторных батареях, высококлассной очистке воздуха, фармацевтической очистке и других областях стремительно возросло. Вот несколько основных причин: структура микропор стабильна и подходит для высокоточной адсорбции (например, извлечения золота, фармацевтического носителя). Проводимость лучше, чем у бамбукового угля, и он лучше работает в натриевых отрицательных электродах и суперконденсаторах. Он высоко возобновляем, а поставки кокосового сырья в Юго-Восточной Азии достаточны и могут производиться устойчиво.
Напротив, бамбуковый уголь и уголь из фруктовой скорлупы больше используются в низкобюджетных сегментах рынка, таких как очистка воды и улучшение почвы.
5. Как правильно выбрать древесный уголь из биомассы?
| Сценарий спроса | Рекомендуемый углеродный материал | Причина |
| Очистка воздуха, удаление ЛОС | Уголь из скорлупы кокосового ореха | Хорошо развитые микропоры, сильная адсорбция малых молекул |
| Очистка сточных вод, обесцвечивание | Бамбуковый уголь/древесный уголь из фруктовой скорлупы | Химические методы позволяют регулировать долю мезопор, подходящую для адсорбции жидкой фазы. |
| Суперконденсатор/аккумулятор | Уголь из скорлупы кокосового ореха | Высокая удельная поверхность, хорошая проводимость |
| Промышленная десульфурация и денитрификация | Модифицированный древесный уголь из скорлупы фруктов | Хорошо развитые микропоры, мезопоры помогают |
Заключение
Уголь из кокосовой скорлупы, бамбуковый уголь и уголь из фруктовой скорлупы имеют свои собственные преимущества. Ключевым моментом является выбор наиболее подходящего материала в соответствии с объектом адсорбции (газ/жидкость), требованиями к размеру пор и бюджетом затрат.
С развитием защиты окружающей среды и новых энергетических отраслей промышленности высокотехнологичные применения кокосового угля (например, в качестве отрицательного электрода натриевых аккумуляторов и накопителей энергии) имеют широкие перспективы, в то время как бамбуковый уголь и уголь из фруктовой скорлупы по-прежнему конкурентоспособны в традиционной области защиты окружающей среды.
О компании EPIC Powder Machinery
ЭПИК порошковое оборудование — надежный производитель современных систем обработки порошков, базирующийся в Циндао, Китай. Имея многолетний опыт в области сверхтонкого измельчения, воздушной классификации и системной интеграции, мы предлагаем индивидуальные решения для широкого спектра материалов, включая активированный уголь, биоуголь и порошки аккумуляторного класса. Наше оборудование известно точностью, энергоэффективностью и надежной работой, помогая клиентам по всему миру оптимизировать производство и сокращать расходы. Позвольте ЭПИК Порошок стать вашим партнером в области высокопроизводительной обработки материалов.