生物质活性炭是符合绿色发展理念的碳中性材料，其大力发展和推广应用有助于实现国家“双碳”目标。生物质活性炭是指利用果壳/核、木竹材、秸秆等各类生物资源作为含碳原料，经炭化、活化加工，使其具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学活性基团，可用作选择性吸附的可再生碳材料。与其他矿物资源生产的碳材料相比，生物质活性炭具有原料来源广泛、灰分低、机械强度高、绿色清洁、碳中性等特点。

随着“碳达峰、碳中和”发展战略的提出，利用可再生生物质原料生产绿色环保、用途广泛的活性炭材料具有良好的碳中和效应。我国已成为全世界最大的活性炭生产国，产能不仅能满足国内需求，还大量出口到欧美及日本等国家和地区。

一、生物质活性炭的生产

生物质活性炭的生产首先受到原料种类的影响，生产过程包括炭化、活性和改性等主要工艺，以及成型和再生等工序。

1、原料种类

生物质活性炭的原料主要包括三大类:（1）果壳/核类，来源于各类林果和农业食品生产加工所产生的剩余物；（2）木质类，主要来源为木竹材等废弃木质材料和林业三剩物；（3）秸秆类，包括秸秆、玉米芯、甘蔗渣等农业废弃物。除以上三类外，可用作生物质活性炭的生产原料还包括一些生物污泥、有机固体废弃物和动物残体等。

（1）技术原理

生物质活性炭的生产过程主要包括炭化、活化、改性等步骤。炭化是指在缺氧或无氧的高温条件下，将含碳物质热解转化成多孔性的炭化料，原料中氧、氢等非碳元素会生成挥发性气体逸出。为增强活性炭的吸附性能，往往还需要对其进行改性，利用各种物理或化学方法改变表面物理化学性质，使其成为具有较强选择性的吸附材料。

（2）加工工艺

炭化。生物质炭化通常在缓慢的升温速率和相对较低的温度下发生，目前工业上以气相热解炭化为主。通常，生物质原料中纤维素和半纤维素主要是通过糖苷键断裂生成液态产物和固态炭，而木质素主要通过醚键断裂、支链脱除和脱水、再聚合等过程转化为固态炭和小分子气体等。

活化。活性炭的吸附性能主要取决于其孔隙结构和表面化学基团特性，因此对炭化料的活化处理十分重要。活化通常采用物理活化、化学活化和物理-化学耦合活化等方法。物理活化法工艺流程相对简单、环境负荷小且易于大型机械化生产。化学活化法制得的活性炭孔隙结构较发达，比表面积大且得率高。

改性。活性炭改性是为了进一步提高其选择性吸附性能，主要包括物理改性和化学改性方法。目前应用较多是酸改性，可以显著提升活性炭表面的酸性官能团数量，增大对特殊物质的吸附能力。活性炭改性领域有较广的发展空间，如针对空气等气相环境中特定有机挥发物、水中重金属等物质的定性吸附改性等。

成型。经炭化、活化和改性后制备的活性炭产品种类繁多，根据其外观、尺寸、形态等可将其分为颗粒炭、粉末炭、纳米炭、成型炭等。近年来，利用胶黏剂将粉状活性炭压缩成型制得特定尺寸、结构和形状的成型炭产品成为一个重要趋势，方便后续深加工应用。

图 1 生物质活性炭材料生产和应用碳中和效应分析图

（3）活性炭再生

活性炭在使用时达到吸附饱和后会降低或丧失吸附能力，需要进行再生处理。再生就是采取各种方法破坏活性炭与吸附质的吸附平衡，使得吸附质从活性炭中脱去，使其恢复一定吸附能力的过程。目前针对这些方法也开发出了很多活性炭再生技术，具体需要根据吸附质的特点和活性炭结构性能要求等来选择适合的再生处理方法。

2、生物质活性炭材料碳中和效应分析

生物质活性炭材料是农林生物质等植物资源通过热化学加工过程而制备的绿色碳材料，具有良好的固碳、降碳和储碳效果。在活性炭原料的生长阶段，植物光合作用会吸收自然界中二氧化碳，具有碳负排特性，实现固碳效果；在活性炭生产阶段，通过改进设备、优化工艺和能源综合利用等可以节能减排，降低能耗和碳排放，实现降碳效果；在活性炭产品的应用阶段，由于原料来源于植物从大气中固定的可再生碳源，因此活性炭在使用时属于碳零排过程，特别是通过再生处理可以达到活性炭的持续循环利用，还可以用于碳封存，实现储碳效果。

二、生物质活性炭材料产业发展建议

1、拓展活性炭生产原材料范围，建立原料资源特性评价体系

生物质原料资源丰富、种类繁多，可以被应用于活性炭生产的原料潜力巨大，未来需要进一步探索将其他作为活性炭生产的原料。建议重点对生物质原材料的化学成分、元素组成、工业组成等进行分析，评价不同原材料混合加工对所活性炭生产过程和产品质量的影响，逐步建立原材料资源评价体系，为活性炭定向制备和工艺优化提供基础依据。

2、优化活性炭绿色低碳高效生产工艺技术

在活性炭生产工艺方面，建议重点优化生产工艺参数和精准控制活性炭质量，并更加注重绿色低碳加工工艺技术开发应用。为实现活性炭生产过程碳减排，需要不断提升生产原料的转化率、降低生产能耗、引入绿色能源和加大余热利用。未来需要综合考虑原料、设备、能耗等多因素来优化生产工艺过程，在降低活性炭制造成本的同时实现绿色低碳高效生产。

3、研发活性炭智能环保自动化生产装备

当前活性炭生产设备整体向自动化、智能化、连续化、节能化和环保化方向发展。开发先进的活性炭生产装备可提高生产效率，降低人力成本，并保障产品性能的稳定性，从而降低制造成本和提升产品质量。建议重点开发自动上料设备、低能耗烘干设备、炭化活化一体化设备、活性炭表面处理和精准改性设备以及产品质量在线检测系统等活性炭智能环保生产新设备。

4、创制活性炭高附加值功能新产品

市场需求是活性炭产业的发展动力，未来应大力开发各类活性炭功能新产品，提高产品附加值和扩展应用领域。活性炭在二氧化碳吸附捕集、氢能储存、电能储存等碳中和领域有很大的发展潜力。建议重点围绕特殊吸附性能专用活性炭新品种、高吸附指标活性炭、催化剂载体活性炭产品等进行创制和研发。

5、推进活性炭“双碳”战略发展规划和标准化研究

生物质活性炭具有很多优异的性能和不可替代性，目前还无其他产品能够完全代替，但缺乏系统的行业规划。应抢抓国家“双碳”战略机遇期，将活性炭积极纳入碳中和行动方案、标准体系、核算范围等。同时，加快活性炭产业标准的研制和推广应用，与国际主要活性炭贸易国进行标准互认，为国内活性炭产业规模的发展壮大以及加快进入全球市场提供有利条件。