《表1 茶渣生物炭制备温度、升温速率和停留时间》

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《茶渣生物炭制备及其在环境领域的应用研究进展》

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茶渣生物炭的制备原料包括废弃茶叶、茶枝和茶梗等，其制备方法主要有4种，即马弗炉热解、微波热解、水热热解和气化。前二者一般在N2氛围下热解使生物质炭化，其中马弗炉热解制备生物炭主要为慢速热解，其优点在于适用性强，单次制备量灵活，生物炭孔隙率较高，但是具有耗时长，产率较低等缺点[19]；不同于马弗炉热解，微波热解能显著降低制备时间，同时制备的炭具有孔隙结构丰富以及质地均匀等特点，但微波热解具有热选择性，需要考虑微波吸收剂，且微波热解机理仍不清晰等[20，21]；水热热解制备的生物炭又称hydrochar，是生物质与液体溶剂在反应釜中进行的非均质理化反应，其产物表面具有丰富的官能团且产量较高，但是孔隙率较低限制了对污染物吸附效果，需要后续进一步优化改性[22]。气化主要是生物质与气化剂（水等）反应制取以H2/CO为目标的气体产物，其工艺流程较为简便且不易产生二次污染，但是气化需要较高温度（>900℃）且气化机理研究滞后[11]。目前，茶渣生物炭的制备方法主要为马弗炉热解，热解温度范围在300～700℃，升温速率2℃/min～10 K/s，停留时间0.5～4 h，通入N2或Ar等惰性气体保护，有关茶渣生物炭的制备温度、升温速率和停留时间相关文献见表1。热解温度、升温速率和停留时间会显著影响茶渣生物炭的理化性质。如Demirbas等[23]研究了升温速率对生物炭产率的影响，研究发现生物质快速升温有利于纤维素聚合和挥发物生成，但会抑制脱水生成无水纤维素和炭化生成。Yuan等发现快速热解和慢速热解形成生物炭的机理相同，都分为2个阶段：低于600℃是共价键断裂形成自由基；600～800℃通过缩合反应减少自由基，其中慢速热解生物炭产率、自由基含量和醌类含量略高于快速热解[24]。通常可根据茶渣生物炭实际用途选择合适的热解温度、升温速率和停留时间。