生物炭凭借比表面积大、孔隙结构丰富、含氧官能团充足等优异特性，已被广泛应用于吸附材料、催化材料、储能材料等炭基功能材料领域。其中，比表面积是决定生物炭应用性能的关键因素，而生物炭活化则是提升其孔隙度最为有效的手段之一。当前，生物炭活化技术仍面临诸多难题：不同原料制备的生物炭，其比表面积大小及演化规律存在显著差异，而造成这一差异的主导机制尚不明确；同时，生物炭活化的最优工艺条件及其动态演变规律仍不清晰。这导致工业化场景下原料适配性评估困难，且难以实现活化终点的精准判别与过程可控。

图.不同低灰原料的生物炭活化过程中比表面积的演变特性

依托我校资源化工与材料教育部重点实验室自主研发的在线颗粒采样微型流化床反应系统，本研究系统考察了生物炭热化学活化过程的动态演变，并聚焦于活化终点的科学判据构建。结果表明：以活化时间为基准难以建立跨反应条件的普适性比表面积峰值规律；而以碳转化率为内在尺度，则可实现不同工艺参数下比表面积演化峰值的统一表征。具体而言，对于同一种生物质原料所制备的生物炭，其比表面积达到峰值时所对应的碳转化率具有高度一致性：核桃壳生物炭恒定于约85%，玉米秸秆生物炭稳定于约64%。该发现揭示了碳转化率作为活化进程本质控制变量的核心地位，为工业级生物炭活化过程中终点判定的标准化与智能化提供了理论依据和实践路径。三类低灰分生物炭（核桃壳、稻壳、木屑）的比表面积演化曲线高度重合，峰值范围集中于1786-1896 m²/g，且峰值出现所对应的碳转化率均稳定于约85%。该一致性证实，在灰分干扰被有效抑制的前提下，有机骨架本征结构对比表面积演化行为具有主导调控作用，从而确立了适用于低灰分生物质前驱体的普适性SSA演化规律。

鉴于高灰分与低灰分生物炭在活化过程中比表面积演化行为的显著差异，本研究对高灰分玉米秸秆生物炭实施盐酸脱矿处理。结果表明：脱矿后CSB的比表面积峰值由863 m²/g提升至1073 m²/g，同时其峰值对应的碳转化率由64%迁移至75%，整体演化趋势趋近于低灰分核桃壳生物炭的特征。该定向演变规律确证：灰分含量及其赋存形态是导致不同生物质前驱体所制备生物炭在孔隙结构演化路径上产生分异的主导调控因素，而非有机基质本体差异。基于上述实验结果，构建了一个融合有机骨架演化与无机矿物动态响应的协同作用机理框架，系统阐释不同生物质前驱体在热化学活化过程中比表面积差异化演变的内在规律。

图.不同原料生物炭活化过程中比表面积演变机制

2026年2月25日，相关研究成果以“Distinctive evolutions of specific surface area in CO2 activation of biochars from different biomasses”为题发表于《Chemical Engineering Journal》，沈阳化工大学博士研究生张虹为第一作者，沈阳化工大学贾鑫教授、许光文教授、王树荣教授为论文共同通讯作者。