水热碳化 (HTC) 创造了独特的技术优势，因为它利用了废弃蘑菇基质中固有的水分，而不是与之对抗。与需要干燥原料的普通热解不同，HTC 在低于临界温度（约 180°C）和自生压力下的水环境中运行，以生产具有卓越表面化学性质和吸附能力的生物炭。
HTC 的核心价值在于其直接处理湿生物质的能力，同时生产出在环境应用方面化学性能更优越的“水炭”。通过绕过能源消耗大的干燥阶段，HTC 生产的材料具有更丰富的孔隙结构和更高密度的官能团，使其在去除镉等重金属方面比标准热解生物炭有效得多。
解决水分挑战
传统热解需要干燥的生物质，通常需要消耗大量能源在处理开始前去除水分。HTC 从根本上改变了这一动态。
无需预干燥
HTC 反应器在液相环境中运行。这使得可以直接处理高水分的废弃蘑菇基质，而无需进行能源消耗大的预干燥阶段。
亚临界水效率
反应器利用亚临界水作为反应介质。这种环境比干热降解更有效地促进生物质成分的降解，从而简化了转化过程。
增强化学性质
HTC 反应器内的特定条件——中等热量结合高压——以干热解无法复制的方式改变了所得生物炭（通常称为水炭）的化学结构。
表面官能团的开发
水热过程驱动特定的反应，包括脱水和脱羧。这些反应导致水炭表面富含含氧官能团和芳香官能团。
增加碳的保留
与普通热解的高温相比，在较低温度（约 180°C）下运行有助于更好地保留生物质中的碳源。这会产生具有独特化学成分、适合反应性的致密生物炭颗粒。
优化物理结构以实现吸附
对于水过滤或土壤修复等应用，生物炭的物理结构至关重要。HTC 为开发这些结构提供了更可控的环境。
卓越的孔隙结构
密封容器内产生的自生压力（范围从 2 到 10 MPa）促进了高度发达的微孔结构的形成。这创造了更大的表面积，可用于与污染物相互作用。
靶向重金属去除
丰富的孔隙结构和大量的表面官能团相结合，显著增加了材料的吸附能力。HTC 生产的生物炭在结合镉等重金属离子方面特别有效，优于通过常规方法生产的生物炭。
了解权衡
虽然 HTC 为湿基质提供了明显的优势，但与大气热解相比，它涉及独特的运行考虑因素。
压力管理要求
HTC 反应器必须是能够承受 2 至 10 MPa 自生压力的坚固压力容器。这比简单的常压窑炉需要更复杂的设备工程和安全协议。
工艺复杂性
反应发生在密封的高压水环境中。这需要精确控制温度和压力，以确保达到正确的碳化和缩聚程度。
为您的目标做出正确选择
要确定 HTC 反应器是否是您蘑菇基质的正确技术解决方案，请根据这些标准评估您的最终目标：
- 如果您的主要重点是环境修复：选择 HTC，因为它能够生产具有高氧官能团和孔隙率的生物炭，从而最大限度地吸附镉等重金属。
- 如果您的主要重点是能源效率：选择 HTC，以消除处理前干燥湿蘑菇基质相关的运行成本和能源消耗。
- 如果您的主要重点是燃料生产：选择 HTC 生产固体燃料，与原料生物质相比，其活化能更低，燃烧热值更高。
通过利用亚临界水的物理特性，HTC 将蘑菇基质的高水分含量从加工的负债转化为化学工程的资产。
汇总表：
| 特征 | 水热碳化 (HTC) | 普通热解 |
|---|---|---|
| 原料要求 | 直接处理湿生物质 | 需要能源消耗大的预干燥 |
| 操作温度 | 中等（约 180°C） | 高（通常 >400°C） |
| 反应介质 | 亚临界水（高压） | 惰性气氛（常压） |
| 产品表面 | 富含氧官能团 | 官能团减少 |
| 主要应用 | 重金属吸附（例如，镉） | 一般土壤改良和能源 |
| 孔隙结构 | 高度发达的微孔结构 | 因温度/原料而异 |
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参考文献
- Nikolay Lumov, Denitsa Yancheva. Saint George the Zograf Monastery, Mount Athos: pigments, binders and other organic materials identification. DOI: 10.21175/rad.abstr.book.2023.19.24
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
