在“双碳”目标的背景下，如何实现低品位能源（如低阶煤和有机固废）的高效、低碳利用是加速生态文明建设的重要内容。

（1）生物质类有机固废的能源化利用是推进“双碳”目标的重要途径，然而高含氧量和多样性的原料特性是其高效转化利用的首要制约因素。因此，如何针对其高水分含量、高氧含量、低碳含量和能量密度低等特点，从原料侧对此类有机固废进行定向提质，或者从应用侧出发，针对有机固废的现有处置途径，开发更高效、清洁的利用方式，是实现其能源化利用的关键。

（2）低阶煤占我国可开采煤炭资源的46%，储量丰富，且易于开采，然而其高水分和低热值的特点不利于其高效燃烧利用，此外，部分低阶煤（如准东煤）具有较高AAEM（尤其是钠/钙）含量，可能导致严重粘污结渣等问题。因此，对低阶煤进行脱氧、脱碱预处理具有重要意义。

本课题组致力于对低品位能源进行预处理提质，具体方向如下：

在研项目包括：

低阶煤热溶萃取-定向调控制备炼焦粘结剂技术开发：企业横向

城市含碳固体废弃物清洁高效热转化关键技术的基础研究，国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目（51661145010），2016.09-2019.08,

有机固废高效气化及产品深度利用技术与装备，国家重点研发计划项目（2019YFC1906803），2020.01-2022.12，

（1）有机固废及低阶煤的热溶萃取提质

针对有机固废/低阶煤氧含量高，灰分含量高的问题，开发了一种能够对有机固废/低阶煤进行高效脱氧和有效脱灰的热溶富碳（Thermal-dissolution based carbon enrichment）/热溶萃取（Degradative solvent extraction）技术，其目标产物（萃取物）具有高含碳量、低含氧量、低灰分和热塑性等特性，是制备高值碳材料的优质前驱体，并且已开发出包括纳米碳纤维、高品质生物油和炼焦添加剂等高值化应用途径。副产物（热溶焦）虽然富集了原料中的灰分，但由于充分脱氧同样具有接近褐煤的燃料特性。并且该技术已在企业支持下搭建有1500 L中试平台，有效促进了该技术的产业化。

热溶萃取设备的发展现状

（2）有机固废气压烘焙

开发了一种有机固废气压烘焙（gas pressurized torrefaction，GP torrefaction）技术，实现了有机固废在更温和条件下的深度脱氧提质，与相同温度下的热处理比较（传统烘焙、水热处理等），其燃料特性的改善尤为明显。

 

有机固废气压烘焙研究示意图

 

（3）高氯/碱原料的热烟气强化溶析提质协同CO₂捕集技术。

基于低pH浸洗环境可强化高氯/碱煤或生物质中有机态、部分难溶态氯（Cl）及碱金属/碱土金属（AAEMs）脱除的原理，创新提出常压下高氯/碱原料烟气强化溶析提质协同CO₂捕集技术，该技术以电厂排放的CO_2的烟气（10%-20%）为酸源与热源，既突破传统水洗局限，高效解决了有机态、水不溶态AAEMs及包覆型水溶Cl的脱除难题，又无需额外酸剂，规避了酸洗废液处理压力与安全风险，同时还能同步回收烟气余热，为CO₂矿化封存提供创新技术路径，最终实现原料提质除杂和碳捕集的协同效应。

热烟气强化溶析提质缓解沾污结渣及除杂效果

 

(4) 基于储热强化的有机固废高效气化

在连续气化的过程中，由于有机固废高度非均质化的特点，会给气化炉温度场带来扰动，从而影响产气组成及气化效率。我们提出在气化炉主要气化区域氧化区和还原区设置储热材料的方案，通过储热材料吸收/释放的热量来稳定气化炉内的温度场波动，从而实现稳定高效气化。制备了基于纳米SiC强化的复合碳酸盐储热材料，由于其高储热密度、无腐蚀性以及较高导热率的特点具有良好的应用于气化炉内的前景。

 

(5)纳米SiC对复合碳酸盐储热的强化机理研究

为应对碳酸盐比热容不足带来的挑战，以及传统熔盐比热容提升方法在高温熔融碳酸盐体系中的局限性，提出通过添加纳米SiC来提高碳酸盐的高温比热容。添加纳米SiC后，复合碳酸盐材料的比热容提升83%。从热力学、动力学及材料形貌方面全方位阐明了纳米SiC对复合碳酸盐储热的强化机理，并探究了基于纳米SiC强化的复合碳酸盐材料在高温光热储热系统中的应用前景，为材料的制备与优化及应用提供理论指导。

(6)高污染医药废盐强化氧化解毒与盐回收

医药废盐（危废HW02）无机盐组分复杂，且含高浓度、高毒性、难降解的有机污染物，导致其有效处置率不足10%，造成严重的环境压力与资源浪费。为实现其快速深度解毒，通过自主研发的高温熔融鼓泡强化氧化装置，从传热传质协同角度强化废盐热处置过程。处置后盐中总有机碳（TOC）含量可降至19.6 mg/kg，满足氯碱工业用盐标准。

高温熔融鼓泡氧化熔盐形貌与残余有机物

(7)低阶煤热溶萃取产物制备硬碳及其电化学性能研究

钠离子电池（SIBs）因钠资源丰富、成本低廉，在大规模储能领域展现出良好应用前景。然而，钠离子半径较大，导致传统石墨负极储钠性能不佳，亟需开发低成本、高性能负极材料。本研究采用热溶萃取法将煤直接转化为沥青，再经预氧化和碳化制备硬碳负极材料。

低阶煤热溶萃取产物制备硬碳流程