馬曉宇， 劉婷婷， 崔素萍， 王亞麗， 郭紅霞， 秦楠楠

(北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 北京 100124)

近年來(lái)，全球化進(jìn)程不斷加快，工業(yè)發(fā)展迅猛，人們的生活水平不斷提高，但是隨之而來(lái)的是煤炭、石油等化石燃料日益枯竭，化石燃料大量消耗不僅加劇了全球變暖而且使環(huán)境污染問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重. 面對(duì)不可再生資源短缺問(wèn)題、環(huán)境污染問(wèn)題以及日益增長(zhǎng)的物質(zhì)需求，人們迫切希望尋找儲(chǔ)量豐富、綠色環(huán)保、環(huán)境友好的可再生原料替代化石燃料以減少化石燃料的消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境.

生物質(zhì)是指農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物(玉米芯、稻殼、米糠等)，以及林業(yè)木材廢料和城市垃圾等[1]. 其具有成本低廉、來(lái)源廣泛、可再生、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，還可以生產(chǎn)生物乙醇[2]. 以前，人們對(duì)生物質(zhì)的利用率很低，大多是將其丟棄或者焚燒，不僅浪費(fèi)資源還污染環(huán)境. 利用生物質(zhì)為原料制備化學(xué)品不僅成本低廉、環(huán)境友好、可再生，而且可以“以廢治廢”實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用，因此，隨著科技水平的不斷發(fā)展，近些年來(lái)利用生物質(zhì)制備高性能材料正在引起科研工作者的高度重視.

本文主要介紹了生物質(zhì)的化學(xué)組成，對(duì)生物質(zhì)材料的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并展望了未來(lái)生物質(zhì)材料的發(fā)展前景.

1 生物質(zhì)的化學(xué)組成

生物質(zhì)的組分主要是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，有些還含有少量的二氧化硅，如圖1所示. 如何充分利用生物質(zhì)的各個(gè)組分，實(shí)現(xiàn)資源最大化轉(zhuǎn)化為高性能產(chǎn)品是生物質(zhì)綜合利用的關(guān)鍵所在.

1.1 纖維素

纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，微觀形貌如圖2所示，分子式為(C6H10O5)n，其中n為聚合度，不溶于水及一般有機(jī)溶劑，是植物細(xì)胞壁的主要成分. 纖維素也是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，其在自然界的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占50%以上. 棉花中纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為100%，而一般的木材中纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～50%. 在酸作為催化劑的條件下，纖維素可以發(fā)生水解，反應(yīng)過(guò)程中，橋氧斷裂，水分子加入，纖維素由長(zhǎng)鏈變?yōu)槎替?，直到橋氧全部斷裂，最終水解為葡萄糖[4].

1.2 半纖維素

半纖維素是由五碳糖和六碳糖等不同的單糖構(gòu)成的異質(zhì)多聚體，微觀形貌如圖3所示，其中五碳糖包括木糖和阿拉伯糖，分子式為C5H10O5，六碳糖包括葡萄糖、半乳糖和甘露糖，分子式為C6H12O6，單糖聚合體之間通過(guò)共價(jià)鍵、氫鍵、醚鍵和酯鍵相連接，半纖維素也是組成植物細(xì)胞壁的成分之一. 在木質(zhì)組織中，半纖維素木聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占50%. 在酸作為催化劑的條件下，半纖維素也可以發(fā)生水解，最終水解成以五碳糖為主的糖酸溶液.

1.3 木質(zhì)素

木質(zhì)素是一類復(fù)雜的有機(jī)聚合物，是由3種苯丙烷單元通過(guò)碳碳雙鍵和醚鍵相互連接而形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生物高分子聚合物，微觀形貌如圖4所示，主要存在于植物的木質(zhì)部，它在植物細(xì)胞壁形成過(guò)程中起著非常重要的作用. 木質(zhì)素具有非晶態(tài)無(wú)序結(jié)構(gòu)，苯丙烷是基本結(jié)構(gòu)單元，其源自3種芳香醇前體，分別是β-香豆醇、松柏醇和芥子醇，相對(duì)應(yīng)3種類型的木質(zhì)素，即對(duì)- 羥基苯基木質(zhì)素(H- 木質(zhì)素)、紫丁香基木質(zhì)素(S- 木質(zhì)素)和愈創(chuàng)木基木質(zhì)素(G- 木質(zhì)素)[7-8]. 木質(zhì)素是在植物界中儲(chǔ)量?jī)H次于纖維素的第二大生物質(zhì)資源，在木本植物中，木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占25%. 木質(zhì)素一般無(wú)法通過(guò)水解轉(zhuǎn)化為糖酸溶液，但是其可以溶解于強(qiáng)堿溶液.

1.4 二氧化硅

大部分生物質(zhì)資源的主要成分僅為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，但是少量的生物質(zhì)資源(如稻殼)中還含有二氧化硅，圖5即為稻殼中二氧化硅的微觀形貌圖. 生物質(zhì)中的二氧化硅一般以水合物的形式廣泛存在于植物的細(xì)胞和細(xì)胞壁中，并且生物質(zhì)中的二氧化硅和木質(zhì)素通常都是緊密結(jié)合在一起的，所以生物質(zhì)中二氧化硅和木質(zhì)素的分離比較困難.

2 生物質(zhì)材料的應(yīng)用

針對(duì)生物質(zhì)以上各組分的特性，通過(guò)相應(yīng)技術(shù)方法可以制備木糖[10]、葡萄糖[11]、木質(zhì)素磺酸鹽[12]、二氧化硅[13]、木質(zhì)素- 二氧化硅微球[14]、碳硅復(fù)合材料[15]等高附加值產(chǎn)品，此種方法真正實(shí)現(xiàn)了充分利用生物質(zhì)資源的目的，使生物質(zhì)這種純天然、綠色、可再生資源得到最大限度的利用.

2.1 生物質(zhì)中碳質(zhì)成分的利用

2.1.1 生物質(zhì)碳材料的制備

利用生物質(zhì)作為碳源制備碳材料的優(yōu)點(diǎn)是廉價(jià)易得、性價(jià)比高、可再生、環(huán)境友好等，目前生物質(zhì)碳材料的制備方法主要有直接碳化法[16]、水熱合成法[17-18]、電弧放電法[19]、氣相沉積法[20-21](包括化學(xué)氣相沉積法和物理氣相沉積法)以及模板法[22-23](包括硬模板法和軟模板法)等多種方法，其中直接碳化法和水熱合成法是制備生物質(zhì)碳比較成熟的2種方法.

直接碳化法是指在惰性氣體(一般用N2或者He)的保護(hù)下，生物質(zhì)材料隔絕空氣在真空管式爐中直接進(jìn)行高溫?zé)峤馓蓟玫缴镔|(zhì)碳材料的方法[24]，通過(guò)直接碳化法制備的生物質(zhì)碳的微觀形貌如圖6所示，熱解溫度通常不超過(guò)1 000 ℃. 直接碳化法的碳化過(guò)程分為3個(gè)階段：1)400 ℃以下；2)400～700 ℃；3)700～1 000 ℃. 當(dāng)熱解溫度處在400 ℃以下時(shí)，生物質(zhì)原料主要發(fā)生脫酸、脫水等分解反應(yīng)；當(dāng)熱解溫度處在400～700 ℃時(shí)，生物質(zhì)原料中的醚鍵斷裂，氧元素以氣態(tài)碳氧化物的形式釋放，原料中的可揮發(fā)成分大量逸出；當(dāng)熱解溫度處在700～1 000 ℃時(shí)，生物質(zhì)原料主要發(fā)生脫氫反應(yīng). 直接碳化法的原料來(lái)源廣泛，比如稻殼、玉米秸稈、小麥秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物及各種城市廢棄物等. 李瑞月等[25]以小麥秸稈、水稻秸稈和玉米秸稈為原料通過(guò)直接碳化法制備出生物質(zhì)碳，并且研究了生物質(zhì)碳對(duì)含鉻污水中鉻離子的去除效果，研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)碳對(duì)鉻離子的去除率最高可達(dá)91.40%. 成功等[26]使用脫水污泥和松木的混合物為原料，通過(guò)直接熱解碳化制備出生物質(zhì)碳，當(dāng)熱解溫度為750 ℃、松木摻入率為60%時(shí)，該生物質(zhì)碳的比表面積最大為213.4 m2/g.

直接碳化法制備生物質(zhì)碳的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，成本低，制備出的材料比表面積較大、孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，但是形貌不均一且所含雜質(zhì)較多.

水熱合成法就是將原料放進(jìn)密閉的水熱反應(yīng)釜中，以水或弱酸為反應(yīng)介質(zhì)，在一定溫度和壓力下將水熱反應(yīng)釜中的原料轉(zhuǎn)化為水熱碳微球的方法[27]，通過(guò)水熱合成法制備的碳微球的微觀形貌如圖7所示，該方法的水熱溫度通常為120～200 ℃. 傳統(tǒng)使用水熱合成法制備碳材料的原料均為純糖，例如葡萄糖、蔗糖和果糖等. 反應(yīng)原理如下：以果糖為例的五碳糖易于發(fā)生分子內(nèi)脫水，首先形成許多小的碳微球，而小碳微球表面存在易于脫水和聚合的官能團(tuán)，因此小碳微球相互聚集形成大的碳微球；以葡萄糖為例的六碳糖易于發(fā)生分子間脫水，許多的葡萄糖分子之間相互脫水并聚合，同時(shí)碳化成水熱碳微球. 隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素可以在催化劑作用下轉(zhuǎn)化為糖酸溶液，而后經(jīng)過(guò)脫水、聚合、碳化過(guò)程轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)碳微球. 水熱合成法的生物質(zhì)原料大多為稻殼、玉米芯和油茶籽殼等農(nóng)業(yè)廢棄物. 杜亞雷[28]以玉米芯為原料，以硫酸為催化劑，采用水熱合成法成功制備出分散性好、形貌均一的五碳糖基碳微球和六碳糖基碳微球. 李博等[29]以油茶籽殼為原料，以間苯三酚為助劑，通過(guò)低溫水熱碳化制備出生物質(zhì)碳微球，并研究了其在水溶液、乙醇和環(huán)己烷溶液中的分散性，研究結(jié)果表明，碳微球在乙醇中的分散性最好，在環(huán)己烷中的分散性最差.

水熱合成法制備生物質(zhì)碳具有能耗小、效率高、實(shí)驗(yàn)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，并且制備出的材料形貌均一、分散性好、表面活性官能團(tuán)多，因此，近年來(lái)利用水熱合成法制備生物質(zhì)碳已成為研究的熱點(diǎn).

電弧放電法是使碳陽(yáng)極在高溫下升華，當(dāng)溫度冷卻下來(lái)后，可以在陰極或者反應(yīng)器中收集到碳材料的方法. 化學(xué)氣相沉積法通常以易揮發(fā)氣體(如乙炔)為碳源，在管式爐中通過(guò)高溫分解轉(zhuǎn)化為不易揮發(fā)的碳材料. 模板法是以基質(zhì)材料(包括二氧化硅、膠束和金屬絡(luò)合物等)表面為模板，將碳源包覆在基質(zhì)材料表面合成碳材料的方法，如果通過(guò)模板刻蝕技術(shù)或者高溫加熱將模板去除還可以得到中空碳材料. 電弧放電法常用來(lái)制備碳納米管，化學(xué)氣相沉積法和模板法常用來(lái)制備核殼結(jié)構(gòu)碳球，通過(guò)這幾種方法制備碳材料時(shí)原料大多為純物質(zhì)，利用生物質(zhì)制備碳材料的研究較少.

2.1.2 生物質(zhì)碳材料的應(yīng)用

碳材料具有良好的導(dǎo)電性和循環(huán)性，是較早應(yīng)用于電池電極的材料. 生物質(zhì)碳作為碳材料的一種，不光具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，而且原料價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛，所以生物質(zhì)碳在電池電極中的應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注. Fey等[30]以稻殼為原料，通過(guò)高溫?zé)峤馓蓟苽涑錾镔|(zhì)碳，對(duì)生物質(zhì)碳材料及其組裝電池進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，生物質(zhì)碳材料的比表面積為1 597 m2/g，電池的可逆電容量高達(dá)1 055 mA·h/g. 李伏虎等[31]分別以石油渣油和萘系中間相瀝青為原料，通過(guò)乳液法制備出2種中間相瀝青微球，然后經(jīng)預(yù)氧化、碳化和石墨化得到中間相石墨微球. 將其組裝成電池后測(cè)試發(fā)現(xiàn)，制備得到的碳微球首次放電容量分別達(dá)到305、302 mA·h/g.

生物質(zhì)碳材料由于擁有良好的導(dǎo)電性、電化學(xué)穩(wěn)定性成為應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料的研究熱點(diǎn). Cheng等[32]以玉米蛋白粉廢料為原料制備出生物質(zhì)多孔碳材料，將其組裝成超級(jí)電容器測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在0.5 A/g時(shí)，特定電容高達(dá)488 F/g，并且循環(huán)穩(wěn)定性良好. 屈永浩等[33]以玉米淀粉為原料，經(jīng)醋酸鎳處理后碳化，然后以氫氧化鉀為活化劑活化制備玉米淀粉基碳微球，將其做成超級(jí)電容器后進(jìn)行了循環(huán)伏安、恒流充放電等電化學(xué)性能測(cè)試. 測(cè)試結(jié)果表明，在1 A/g的電流密度下，900 ℃碳化的碳微球的比容為116 F/g，經(jīng)過(guò)500次充放電循環(huán)后，容量保持率仍約為98%.

碳材料的多孔性使其可以作為吸附劑吸附各類雜質(zhì)，雜質(zhì)主要包括污水中的重金屬離子、有機(jī)溶劑等. 生物質(zhì)碳材料作為吸附劑的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、原料價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛，并且材料表面富含親水官能團(tuán)，能夠更好地對(duì)污水中的雜質(zhì)離子進(jìn)行吸附. 付文秀等[34]以棉纖維為原料，利用水熱合成法制備生物質(zhì)碳微球，并且測(cè)試了吸附性能. 結(jié)果表明，隨著碳化溫度的升高，碳微球的吸附能力逐漸增強(qiáng)，當(dāng)碳化溫度到210 ℃時(shí)，碳微球?qū)喖谆{(lán)的吸附量最高可達(dá)145.420 mg/g. 劉瑩瑩等[35]分別以玉米秸稈、花生殼與小麥秸稈為原料，采用高溫?zé)峤馓蓟苽渖镔|(zhì)碳，并且研究生物質(zhì)碳對(duì)含鉻污水中鉻離子的吸附效果，研究發(fā)現(xiàn)，以玉米秸稈為原料制備的生物質(zhì)碳對(duì)鉻離子的吸附效果最好，吸附量為26.32 mg/g，鉻離子的去除率高于90%.

生物質(zhì)碳材料不僅具備載體所應(yīng)有的優(yōu)異的性能，還具有耐酸堿腐蝕、耐高溫以及組分易分離等優(yōu)良的理化性質(zhì)，而且碳材料表面富含官能團(tuán)，因此，生物質(zhì)碳材料在催化劑載體研究領(lǐng)域的應(yīng)用也極其廣泛. 曲健林等[36]以棉稈為原料，磷酸為活化劑制備棉稈基活性炭，并以其為載體負(fù)載催化活性組分Co-B，該催化劑用于催化硼氫化鈉的水解產(chǎn)生氫氣，測(cè)試結(jié)果表明，該催化劑具有較高的催化反應(yīng)活性. 唐瑜[37]以稻殼為原料制備稻殼基活性炭，用硝酸對(duì)活性炭進(jìn)行改性，然后將氫氧化鈉均勻地負(fù)載在活性炭表面上，制備了用于生產(chǎn)生物柴油的催化劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該催化劑可以有效地提高生物柴油的產(chǎn)率. 束韞等[38]以稻殼為原料，以磷酸為活化劑制備了稻殼基活性炭，并將其作為載體，采用等體積浸漬法在其表面負(fù)載錳、鈰氧化物制備脫硝催化劑. 測(cè)試結(jié)果表明，負(fù)載5%活性成分的催化劑具有最高的低溫脫硝催化活性，在240 ℃時(shí)氮氧化物的去除率達(dá)到99%，并且還具有良好的抗硫中毒能力. 北京工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將生物質(zhì)竹炭摻入水泥生料中研究摻入質(zhì)量對(duì)脫硝率的影響，測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻入質(zhì)量比為4%時(shí)脫硝率最高為98.906%，并且不會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳，也沒(méi)有二氧化碳生成.

2.2 生物質(zhì)中硅質(zhì)成分的利用

2.2.1 生物質(zhì)硅材料的制備

大部分生物質(zhì)材料中只含有木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，但是少數(shù)生物質(zhì)材料(如稻殼)中含有硅元素. 因此可以從其中提取硅制備二氧化硅、硅酸鈉等化學(xué)品，既可以充分利用廢棄物資源、降低材料成本，又能減少污染、凈化環(huán)境. 利用生物質(zhì)生產(chǎn)硅材料最常用的方法是堿溶酸沉法，生物質(zhì)材料經(jīng)過(guò)堿溶→水玻璃→與酸反應(yīng)→沉淀物→過(guò)濾→水洗→干燥→硅材料的過(guò)程，可以生產(chǎn)二氧化硅、白炭黑等產(chǎn)品，圖8、9即為通過(guò)堿溶酸沉法制備的稻殼基二氧化硅的XRD圖和FT-IR圖. 鄭典模等[39]研究發(fā)現(xiàn)稻殼在1.3 mol/L的HCl中浸泡24 h后，洗滌至中性，在650 ℃的溫度下燃燒5 h，燃燒后產(chǎn)物經(jīng)溶劑處理后可得白度為90.6、平均粒徑為0.96 μm的超細(xì)二氧化硅. Zhang等[40]以稻殼為原料成功制備出直徑為30～200 nm、比表面積為287.86 m2/g、純度為99.87%的超細(xì)二氧化硅.

2.2.2 生物質(zhì)硅材料的應(yīng)用

生物質(zhì)二氧化硅由于具有良好的表面活性、較小的直徑、較大的比表面積以及較高的機(jī)械強(qiáng)度所以常作為助劑加入橡膠及各種建材中. 朱永康[41]發(fā)現(xiàn)可以用稻殼灰制備的白炭黑生產(chǎn)環(huán)保輪胎，測(cè)試結(jié)果表明該輪胎的濕地抓著性能得到有效提高. 梁世慶等[42]發(fā)現(xiàn)，稻殼灰中的二氧化硅摻入水泥中會(huì)使水泥漿的初凝時(shí)間縮短，終凝時(shí)間延長(zhǎng)，這樣不僅縮短了工作時(shí)間，而且提高了生產(chǎn)混凝土的效率.

二氧化硅具有較大的比表面積、良好的疏水性能和熱穩(wěn)定性，所以能夠作為催化劑載體. 陳俊等[43]將稻殼經(jīng)燃燒、焙燒和水熱酸浸處理后得到二氧化硅粉末 ，采用沉淀法負(fù)載磷酸銀后制備出光催化劑，測(cè)試結(jié)果表明，該催化劑具有較高的光催化活性，對(duì)羅丹明B、亞甲基藍(lán)和橙黃Ⅱ的降解率均高于80%. 北京工業(yè)大學(xué)生態(tài)建材課題組將熱解稻殼經(jīng)過(guò)堿溶酸沉法制備出的二氧化硅，負(fù)載錳、鈰活性組分后制備出脫硝催化劑，如圖10所示，結(jié)果表明，脫硝效率最高為88%. 通過(guò)原位制備法實(shí)現(xiàn)二氧化硅與二氧化鈦的分子間鍵合制備出鈦硅復(fù)合材料并研究了其脫硝性能. 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)二氧化硅摩爾分?jǐn)?shù)為80%時(shí)，該復(fù)合材料的脫硝率最高可達(dá)93%，有效提高了脫硝效率，并且抗堿中毒性良好.

2.3 生物質(zhì)復(fù)合材料的制備及應(yīng)用

利用生物質(zhì)制備單純碳材料和硅材料的研究已經(jīng)非常成熟. 近年來(lái)，為了充分利用生物質(zhì)中的各種成分，實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用，科研工作者開(kāi)始轉(zhuǎn)向?qū)ι镔|(zhì)復(fù)合材料的研究，主要集中在2個(gè)方面：一是生物質(zhì)碳硅復(fù)合材料的研究，二是木質(zhì)素- 二氧化硅復(fù)合微球的研究.

碳硅復(fù)合材料按硅或碳在母體中的分布主要分為2種類型，一種是包覆型，一種是嵌入型. 包覆型結(jié)構(gòu)即核- 殼結(jié)構(gòu)，硅顆粒外包覆碳層或者碳顆粒外包覆硅層. 嵌入型結(jié)構(gòu)是最常見(jiàn)的碳硅復(fù)合結(jié)構(gòu)，一般是將硅粉均勻分散在裂解碳、石墨等分散載體中，形成穩(wěn)定均勻的兩相或多相體系. 程俊華等[44]以稻殼為原料，通過(guò)干餾炭化后得到比表面積為308 m2/g的碳硅復(fù)合微粉. 劉樹(shù)和等[15]以稻殼為原料，通過(guò)空氣氧化、鎂熱還原和酸浸得到含碳8%的硅碳復(fù)合負(fù)極材料，首次充電比容量為758.5 mA·h/g，30次循環(huán)后充電容量保持率約為79%.

目前對(duì)生物質(zhì)的研究大多圍繞纖維素、半纖維素和二氧化硅的利用，但是生物質(zhì)中還有一種含量很高的成分，那就是木質(zhì)素，它通常會(huì)通過(guò)堿溶法和二氧化硅一起溶解在制漿黑液中被排放出去，這不僅會(huì)污染環(huán)境，還會(huì)造成資源浪費(fèi). 隨著科技的進(jìn)步，近年來(lái)以木質(zhì)素為基體制備木質(zhì)素- 二氧化硅復(fù)合微球取得了一些進(jìn)展. 徐永建等[45]以竹漿造紙黑液為原料，采用二氧化碳酸沉淀法制備了木質(zhì)素- 二氧化硅復(fù)合微球，并且得到最佳制備條件是在pH為7時(shí)，60 ℃保溫0.5 h. 張曉君[46]以稻草制漿黑液為原料，采用酸沉淀法原位制備了木質(zhì)素- 二氧化硅復(fù)合材料，當(dāng)pH為3、反應(yīng)溫度為50 ℃時(shí)產(chǎn)率最高. 目前木質(zhì)素- 二氧化硅復(fù)合微球主要應(yīng)用于吸附領(lǐng)域. 王曉等[47]發(fā)現(xiàn)該復(fù)合微球?qū)︺y離子的吸附性能良好，吸附量最高可達(dá)55.6 mg/g.

3 結(jié)論與展望

在資源逐漸匱乏、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，生物質(zhì)具有可再生、價(jià)格低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)受到越來(lái)越多的科研工作者的關(guān)注. 利用可再生的生物質(zhì)資源制備高性價(jià)比的生物質(zhì)材料不僅可以減輕環(huán)境污染，還可以促進(jìn)資源的循環(huán)利用，減輕資源供給不足的壓力. 現(xiàn)如今，雖然生物質(zhì)材料的制備方法相對(duì)來(lái)說(shuō)已經(jīng)比較成熟，但是人們對(duì)生物質(zhì)材料的深層研究(如反應(yīng)機(jī)理)還處在初級(jí)階段，仍然有許多問(wèn)題需要研究和解決，主要有以下幾個(gè)方面：

通過(guò)高溫?zé)峤馓蓟苽涞纳镔|(zhì)碳雖然比表面積較大，但是形貌不均勻，孔結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)，還需要對(duì)其進(jìn)行各種活化處理，并且制備的生物質(zhì)碳所含雜質(zhì)元素較多，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化生產(chǎn)；通過(guò)水熱合成法制備的生物質(zhì)碳微球雖然形貌均一，表面含有大量的活性官能團(tuán)，但是其比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于活性炭的比表面積，導(dǎo)致吸附能力較弱. 因此，必須優(yōu)化現(xiàn)有的制備工藝，尋找更多的生物質(zhì)原材料制備出性能更好的生物質(zhì)碳替代活性炭.

現(xiàn)階段生物質(zhì)復(fù)合材料的研究，尤其是應(yīng)用研究才剛剛起步，并且復(fù)合材料的產(chǎn)率較低. 因此必須加大對(duì)生物質(zhì)各組分的研究，深入研究各組分的反應(yīng)機(jī)理，在提高復(fù)合材料產(chǎn)率的同時(shí)擴(kuò)大其應(yīng)用范圍.

同時(shí)，無(wú)論是單一組分的生物質(zhì)材料還是生物質(zhì)復(fù)合材料的制備都還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，距離在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走. 因此，需要繼續(xù)深入研究，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模、高效率、低成本生產(chǎn).