当你扔掉玉米芯、稻壳时，可能想不到这些农林废弃物能变成价值万元的苯酚——我国科研团队最新研究显示，通过金属复合、氮掺杂等技术修饰生物炭催化剂，可将生物质热解产物中苯酚的选择性提升至82%，甲烷产率达188 L/kg，成本较传统催化剂降低60%。这项发表于《Frontiers of Energy》的成果，让农林废弃物资源化利用从“粗放燃烧”迈向“精准催化”新阶段。

传统生物质利用困局：产物像“乱炖”，提纯如“淘金”

全球每年产生18亿吨农林废弃物，我国占比超30%。传统热解技术虽能将其转化为生物油、合成气，但产物成分复杂：甲烷纯度不足50%，苯酚等化学品含量低于20%，就像“一锅大乱炖”。数据显示，分离提纯成本占生物质转化总成本的55%，成为产业化“拦路虎”。

“生物炭是破解难题的‘钥匙’。”研究团队解释，生物炭由生物质在缺氧条件下热解而成，自带丰富孔隙和官能团（如羟基、羧基），如同“天然的催化反应场”。但未经修饰的生物炭活性低，需通过改性“升级”。

给生物炭“装引擎”：三种改性技术提升选择性8倍

团队开发三大改性策略，为生物炭打造“定制化活性中心”：

• 金属“活性补丁”：将镍（Ni）、铁（Fe）等金属离子嵌入生物炭。例如，10%Ni掺杂的稻壳生物炭，在600℃下催化芦苇热解，甲烷产率达188 L/kg，是未改性生物炭的3倍；0.4 mol/L Fe(NO3)3处理的玉米芯生物炭，苯酚选择性提升16.45%，且抑制多环芳烃生成。
• 酸碱“疏通血管”：用KOH活化生物炭，比表面积从80 m²/g增至230 m²/g，孔隙体积扩大2.8倍，如同“把小巷拓宽成双向车道”。这种催化剂使环己醇转化率达99.9%，循环10次后活性保持81.6%。
• 氮原子“电子调节器”：通过氨气掺杂引入吡啶-N、吡咯-N位点，像“电子开关”优化吸附强度。NH3处理的竹屑生物炭，苯酚总选择性达82%，其中4-乙烯基苯酚占31%；用于CO2甲烷化时，甲烷选择性高达99%。

从实验室到生产线：每吨废弃物增值超千元

中试数据显示，该技术已实现多项突破：硫酸改性棕榈壳生物炭催化生物柴油效率达94.91%，成本为传统催化剂的1/3；氮掺杂生物炭催化CO2制乙醇时，反应速率提升2倍。按此计算，每吨农林废弃物可转化为188立方米甲烷（价值约564元）或82%纯度苯酚（价值约1230元），较直接燃烧发电增值3-8倍。

“下一步将优化微波辅助工艺，把生产周期从8小时缩至2小时。”研究团队表示，目前已与多家企业合作，推动技术在生物柴油、合成气领域的产业化应用。

来源: FIE能源前沿期刊