料如生物质、煤炭、塑料材料等转化为气体产品。在气化过程中,会有气体产品(H2,CO,CO2,N2等),液体产品(焦和油)以及固体产品(碳和灰分)生成。气化的目的是为了得到气体产品,生物炭的产率仅有生物质前驱体质量的510,低于快速热解的1520。
23水热碳化
当生物质中水分含量较低时,干法过程热解和气化能够获得高产率和低损耗。另一方面,许多生物质的水分含量较高,这就需要进行独立的干燥处理。水热碳化被认为是克服干法这一缺点的有效方法。水热法制备的碳经常被称为水热生物炭,以区别于干法制备的生物炭。在水热碳化过程中,生物质与水混合放置于密闭反应器中,经过一段时间温度升高并保持稳定。在反应温度区间分别为小于250℃,250℃400℃和大于400℃及相应的饱和蒸气压下,水热碳化的主要产物分别是生物炭,生物油和气体产物(如CO、CO2、CH4和H2)等。
24其它热化学技术
除了前面讨论的方法以外,闪蒸碳化和煅烧也是生物质转化的热化学方法。在粉煤灰碳化过程中,生物质填充床上用高压(12MPa)点燃闪燃粉,将生物质转化为气相和固相产品。通常用于粉煤灰碳化的温度是300600℃,反应时间不超过30mi
。据报道,在1MPa压力下约有40的生物质转化为固相产物(生物炭),并且碳化时间随着压力增加而降低。煅烧是一个过程,其中水分,二氧化碳和生物质中所含的氧被去除,在200300℃的惰性条件下和多糖长链解聚以产生疏水固体产物。这个过程通常运行缓慢,因此被称为温和热解。
3生物炭在超级电容器中的应用
生物炭与其他碳材料相比它是一种可持续的、绿色的、易于生产的和具有成本效益的碳材料。另外,生物炭的可以通过合成后功能化改性操作,以满足一系列实际应用。迄今为止,生物碳基材料已经应用于环境保护,催化,能源储存和转化等多个领域。本节总结了改性后的生物炭在超级电容器领域的应用进展。
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根据能量储存机制,超级电容器可以分类为电化学双电层电容器(EDLCs)和赝电容器(PCs)。近年来,生物质来源的碳材料已被广泛应用于超级电容器中,作为双电层电容器电极或作为制造双电层电容器和赝电容器复合材料的基底。
31双电层电容器电极材料
在双电层电容器中,比表面积和孔隙结构主导着电容容量。若比表面积较大可以提高电极材料和电解质之间的吸附解吸能力,而孔隙结构影响离子的传输,微孔提供较大的比表面积,而介孔和大孔可以使离子扩散距离最小化并促进离子转运。而生物炭在必要的活化过程r