High yield of carbonaceous material from biomass via pyrolysis-condensation

生物炭 热解 生物量(生态学) 化学工程 木屑 原材料 化学 碳纤维 材料科学 开裂 制浆造纸工业 废物管理 吸附 有机化学 复合材料 农学 工程类 复合数 生物
作者
Kai Sun,Yi Wang,Lijun Zhang,Yuewen Shao,Chao Li,Shu Zhang,Xun Hu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:485: 149823-149823 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149823
摘要

Biochar is a carbonaceous material produced from pyrolysis of biomass in oxygen-deficient atmosphere, which is the feedstock for production of numerous functional carbon materials. Yield of biochar from biomass in the upstream determines cost in manufacturing downstream biochar-derived materials. In pyrolysis, dominance of cracking reactions removes not only oxygen, hydrogen but also carbon, diminishing biochar production. Therefore, retainment as many carbon-containing organics as possible in pyrolysis is the key for improving yield of biochar. In this study, pyrolysis coupled with in situ condensation (pyro-condensation) method is developed, in which the volatiles are cycled back to surface of biochar constantly. This leads to the re-polymerization of the volatiles after the cracking, which increases molecular sizes of the volatiles and eventually transforms them into part of the biochar, maximizing biochar production while minimizing bio-oil formation. The typical biochar yield reaches 60% for the pyro-condensation of poplar sawdust at 450 °C, doubled that from traditional pyrolysis. Additionally, universality of pyrolysis-condensation method for enhancing biochar yield was confirmed by the use of 25 different types of biomasses as research substrates. The biochar is highly aliphatic, rendering it versatile applications as a reductant, solid fuel, adsorbent for pollutants, or a soil conditioner with a high water retention rate. The configuration of the reactor for pyro-condensation is very simple, and the process shows lower environmental impacts than traditional pyrolysis.
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