酒糟基炭材料的制备及应用.pdf

酒糟基炭材料的制备及应用于天潮1，张晓沛1，刘伟峰1，符冬菊2，刘旭光1(1.太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原030024；2.深圳技术大学新材料与新能源学院,广东深圳518118)摘要：酒糟是乙醇工业和酿酒工艺产生的主要固体生物质废弃物，具有来源广泛、含碳量高、元素种类丰富等特点。酒糟在经过发酵、蒸馏等处理之后，仍含有丰富纤维素、木质素、粗蛋白和淀粉等物质，是理想的生物质炭材料前驱体。酒糟基炭材料是以酒糟为碳源，通过高温热解和水热处理等炭化方式，以及经过物理、化学等活化方式制备得到的炭材料。因其碳含量高、比表面积大、孔隙结构和元素种类丰富等特点，受到广泛关注和研究。综述了酒糟基炭材料的原料组成、制备方法及其在不同领域的应用，为今后对酒糟基炭材料的进一步研究提供了系统参考。首先分析了前驱体酒糟的来源和组成，不同地区、不同酿造方法产生的酒糟组成有所不同，主要体现为纤维素、木质素和粗蛋白等成分比例，以及 N、S、P 等元素质量分数的差别。然后总结对比了目前研究中典型的酒糟基炭材料制备方法，包括热解法、水热法和活化方法等，并展望了在未来酒糟基炭材料研究中可采取的先进制备方法。此外，介绍了目前酒糟基炭材料在能源(超级电容器、电池)、环境(重金属离子吸附、污水净化)、农业(土壤改善、缓释肥载体)和催化领域(氧还原、有机污染物降解)等方面的应用进展。最后，对现阶段酒糟基炭材料研究和应用过程中存在的问题及未来发展前景进行了展望。关键词：酒糟；炭材料；生物质；组成；制备；应用中图分类号：TK6;X705文献标志码：A文章编号：02539993(2023)06229115Preparation and application of distillers grains-based carbon materialsYUTianchao1,ZHANGXiaopei1,LIUWeifeng1,FUDongju2,LIUXuguang1(1.College of Materials Science and Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan030024,China;2.College of New Materials and New Ener-gies,Shenzhen Technology University,Shenzhen518118,China)Abstract:Distillersgrainsarethemainsolidbiomasswastefromtheethanolindustryandthebrewingprocess,featuringawiderangeofsources,highcarboncontent,andarichvarietyofelements.Owingtorichcellulose,lignin,crudeproteinandstarchafterfermentationanddistillation,thedistillersgrainsaretheidealprecursorsforbiomasscarbonmaterials.Distillersgrains-basedcarbonmaterialsarepreparedbyhigh-temperaturepyrolysisorhydrothermaltreatmentaswellasphysicalorchemicalactivation,usingdistillersgrainsasthecarbonsource.Becauseoftheirhighcarboncontent,largespecificsurfacearea,porestructureandrichvarietyofelements,thedistillersgrains-basedcarbonmaterialshavebeenwidelyconcernedandstudied.Herein,thecurrentresearchstatusofthedistillersgrains-basedcarbonmaterialsisre-viewedintermsofrawmaterialcomposition,preparationmethodsandapplicationsfields.Forthedistillersgrainspro-ducedbydifferentregionsandbrewingmethods,themaindifferenceslayintheratioofcomponentssuchascellulose,收稿日期：20230321修回日期：20230614责任编辑：韩晋平DOI：10.13225/ki.jccs.BE23.0372基金项目：中央引导地方科技发展资金资助项目(自由探索类基础研究)(YDZJSX2022A009)；国家自然科学基金资助项目(51972221)；山西省重点研发计划国际合作资助项目(201903D421077)作者简介：于天潮(1997)，男，甘肃武威人，硕士研究生。E-mail：通讯作者：刘伟峰(1986)，男，山西运城人，副教授，硕士生导师。E-mail：引用格式：于天潮，张晓沛，刘伟峰，等.酒糟基炭材料的制备及应用J.煤炭学报，2023，48(6)：22912305.YUTianchao，ZHANGXiaopei，LIUWeifeng，etal.Preparationandapplicationofdistillersgrains-basedcar-bonmaterialsJ.JournalofChinaCoalSociety，2023，48(6)：22912305.第48卷第6期煤炭学报Vol.48No.62023年6月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYJun.2023ligninandcrudeprotein,andinthecontentofelementssuchasN,SandP.Typicalpreparationmethodsofthedistillersgrains-basedcarbonmaterialsaresummarizedandcompared,includingpyrolysis,hydrothermalmethodandactivationmethod.Also,thedevelopmenttendencyofpreparationmethodispointedout.Inaddition,theprogressofcurrentapplica-tionsofthedistillersgrains-basedcarbonmaterialsinenergy(supercapacitors,batteries),environment(heavymetalionadsorption,sewagepurification),agriculture(soilimprovement,slow-releasefertilizercarrier)andcatalyticfields(oxygenreduction,organicpollutantdegradation)areintroduced.Finally,theproblemsinthepreparationandapplicationofthedistillersgrains-basedcarbonmaterialsareproposed,andtheirfuturedevelopmentandapplicationareprospected.Key words:distillersgrains；carbonmaterials；biomass；composition；preparation；application为实现“双碳”目标，我国正在加紧推动可再生能源替代化石能源，而在可再生能源中，生物质能源具备替代化石能源的能力。生物质能源被称为“零碳”能源，可为应对气候变化、保障能源安全和推动经济增长作出重要贡献。随着碳达峰、碳中和战略的逐步实施，推动生物质能源等可再生能源的快速发展成为必经之路，因此，迫切需要充分利用生物质废弃物等产量巨大的生物质资源。其中，酒糟作为一类具有广阔发展潜力的生物质资源，其高值化利用一直是亟待研究人员攻克的难题。酒糟是乙醇工业和传统酿酒工艺产生的主要生物质废弃物，是由玉米、稻谷、高粱、甘蔗、木薯等生物质经过发酵后产生。中国是世界发酵酒产业大国，根据统计数据，最近 5a 仅白酒的平均年产量保持在800 万 t1，而发酵法酿酒时，白酒产量与酒糟产量比约为 132，以此计算，平均每年仅白酒糟的产量已达 2400 万 t。通过生物化学发酵（微生物、酶）后，新鲜酒糟的水分含量较高（达 60%70%），酸性强（pH 值为 2.5左右）3，传统粗放处置方式容易导致其发霉变质，并导致土壤污染、土质退化和有害气体排放等一系列环境问题。因此，通过合理有效开发酒糟废弃物加工路径，将其变为可再生资源，提高资源利用率，对于乙醇工业和传统酿酒业发展非常重要。笔者就酒糟基炭材料研究进展及利用现状进行综述，分别从酒糟原料分析、制备方法及其在能源、环境、农业和催化等领域的应用进行重点介绍，并对酒糟基炭材料发展前景进行展望，为酒糟废弃物高值化开发利用提供参考。1原料分析酒糟中的主要成分为蛋白质、淀粉、粗纤维和粗脂肪等，见表 1。酒糟按发酵生产的最终产品不同，可以分为工业酒糟、白酒酒糟、啤酒酒糟和黄酒酒糟。工业酒糟是由淀粉原料(谷类、薯类、玉米、高粱或野生植物果实)和糖质原料(糖蜜、亚硫酸废液)等经过水解发酵形成工业乙醇后的残渣。以淀粉原料为例，工业乙醇主要生产工艺流程包括原料蒸煮、糖化剂制备、糖化、酒母制备、发酵及蒸馏等工序。在此过程中原料含有的可溶性淀粉在酶的作用下水解为糖，再经过酵母菌发酵生成乙醇并释放出二氧化碳。美国和巴西是目前最大的工业乙醇生产和消费国，我国是白酒产销最大的国家，白酒酒糟也是我国产量最多的酒糟4。白酒酒糟是以高粱、小麦和稻谷等粮食作物为原料，经过高温发酵和蒸馏得到白酒之后所剩的固体残渣5。酒糟在蒸馏过程中，白酒等易挥发物质被提取，固体残渣等剩余物质占比较多，加之原材料利用不充分，从而导致白酒出糟率高6。酒糟所含元素种类丰富，表 2 为我国西南某酒厂 A7和华北某酒厂 B 的酒糟元素分析，除了常规的 C、H、O 元素，还含有 N、S 元素，由于地域和原料的差别，N、S 质量分数差别较大。黄酒酒糟是以稻米、玉米、小米和高粱等为原料经糖化发酵成熟后固液分离所得的固体残渣。黄酒酿造原料配比多样，酿造微生物差别较大，不同地区有不同的酿造特点。总体相较白酒而言，黄酒出酒率较高，黄酒酒糟含有丰富的氨基酸和蛋白质，并且残留一些黄酒特有的有机酸、醇、酯和酚等风味成分8。啤酒酒糟则是以麦芽、啤酒花等为主要原料，经过糖化发酵后剩余的固体残渣，啤酒糟主要成分是小麦和大麦。相较白酒黄酒来说，啤酒只经过轻微发酵，所以啤酒表 1 酒糟常规成分(以干糟计)2Table 1 Routine composition of distillers grains2项目质量分数/%粗纤维1727粗蛋白1025粗脂肪313无氮浸出物3055粗灰分622钙0.20.5磷0.20.5水K2CO3KHCO3NaOHK3PO4。其中，KOH 活化产物的比表面积最高，为1059m2/g，K3PO4活化产物的比表面积最小，只有235m2/g。可见不同的活化方法和活化剂种类对活化产物的结构性质有显著影响。随着对所制备的酒糟基炭材料物化性能的要求越来越高，未来仅靠简单的热解法和 HTC 工艺难以满足要求，因此，将其他制备方法应用于酒糟基炭材料制备，充分将酒糟废弃物变为可再生能源，提高乙醇工业中废弃物的资源利用率是很有必要的。表 4总结了酒糟基炭材料不同的制备方法，并对其优缺点进行了比较。表 4 酒糟基炭材料制备方法优缺点对比Table 4 Comparison of advantages and disadvantages ofwine lees-based carbon material preparation methods方法优点缺点热解法工艺简单，产率稳定，成本较低热解时间长，耗能高，直接热解产物孔隙率低，限制应用水热炭化 操作简单，反应条件温和，反应时间短，无需额外干燥，产物表面官能团丰富，易于掺杂产率低，对反应设备要求高，依赖性强激光炭化 反应迅速，性能可控，图案可设计，易于生产，环保设备昂贵，炭化层较薄，不适用于较大块体的炭化，产品成本高微波辐照 反应时间短，产率高，产物孔隙分布均匀设备需特殊设计，反应内部温度不易控制，可重复性差，产物性状不稳定熔盐法反应温度低，反应时间短，可实现对材料结构调控和元素掺杂产物杂质多，需要清洗去除，且对设备易造成腐蚀离子热炭化反应条件温和，产率高，孔隙结构丰富，绿色环保生产工艺复杂，最终产品成本较高激光可以在短时间内产生极高的温度，因此可以用来诱导生物质的炭化。由于激光能量强度高，可以诱导高质量石墨烯的形成65。ZANG 等66通过直接第6期于天潮等：酒糟基炭材料的制备及应用2297激光写入在纸基底上制备碳化钼石墨烯(MCG)复合材料(图 6(a)。微波辐照(MAC)具有非接触体积加热、快速加热、从材料内部加热、高安全水平、快速启动和停止等优点。与其他炭化方法相比，生物质在MAC 中的热解更容易、更快，这使得掺杂的杂原子能够有效地调节生物炭的结构和组分67。WU 等68报道了通过微波辐热解废弃工业木质素，制备出高效生物炭吸附剂，对 Cd(II)表现出较强的吸附能力。熔盐法(MSM)是一种简单、易操作的固相方法，它使用无机盐作为反应介质，在中等反应温度(600800)下进行69。熔盐法通过调节熔盐的性质和数量、升温速率和保持反应温度、反应时间和降温速率来控制和稳定最终产物的形态70。氯化物和硫酸盐是 MSM 中常用的反应介质。电离炭化(ITC)是通过离子液体(ILS)的热解使生物质炭化71。ILS 因其具有低蒸汽压、不挥发、热稳定和不易燃等特性而被认为是绿色溶剂72。由于这些特性，ILS 在生物炭制备中常被用作溶剂、模板和造孔剂73。预处理离子热碳化活化 离子热碳化活化聚君草1 m激光器纤维纸浸泡激光碳化钼石墨烯(b)离子液体炭化(a)激光法诱导纸纤维炭化图6其他可用于制备酒糟基炭材料的制备方法Fig.6Otherpreparationmethodsthatcanbeusedtopreparedistillersgrainsbasedcarbonmaterials3应用领域酒糟富含蛋白质、淀粉、纤维、粗脂肪等物质，经过不同工艺炭化，酒糟基炭材料不同的结构和独特的化学特性使其具有许多商业和潜在的应用前景。目前，酒糟基炭材料应用研究主要是在能源、传感、环境等领域的潜在应用。3.1能源领域超级电容器以其高功率密度、长循环寿命、快速充放电等优点，作为一种储能器件受到了广泛的关注74-75。石墨颗粒、石墨烯、碳纳米管等常见炭材料可作为电极材料。与上述碳材料相比，酒糟基炭材料具备大表面积、分级多孔结构、杂原子掺杂多样、表面官能团丰富的特点，而且最大的优势是原料廉价易得，制备方法简单可控，未来容易实现大范围工业化应用。PENG 等76通过一步 NaHCO3发泡和活化策略，制备了一种具有三维多孔结构的新型酒糟基多孔炭骨架。NaHCO3热分解产生气体和活化剂的双重功能，所得材料呈现蓬松的碳框架结构、高比表面积(1494.6m2/g)和高氮掺杂效应(质量分数 7.5%)，显着提高了电化学性能。和 Na2SO4组装而成的对称水性电解质超级电容器在 225W/kg 的功率密度下表现出2V 的稳定电压窗口和 18Wh/kg 的高能量密度。并且在 100000 次循环后具有 90%的电容保持率。XU 等77将 KOH 和三聚氰胺(MA)均匀分散到预炭化酒糟中进行球磨，通过调节 KOH 和 MA 的加入量，将混合物在惰性气氛下 800 活化 2h，得到以介孔为主的分级多孔碳。球磨过程增加比表面积并促进分级多孔结构调整，MA 的加入形成 N 掺杂效应，不2298煤炭学报2023年第48卷仅增加了亲水性，提供了赝电容，而且还调整了孔结构。所制备的最佳样品在1A/g 电流密度下具有413F/g的比电容，在 50A/g 电流密度下循环 10000 次后保持 267F/g 比电容，而且具有优异的容量保持率。TASHIMA 等78通过炭化和活化烧酒酒糟来生产活性炭。用 KOH 或 NaOH 对所制备的活性炭进行溶液等离子体表面处理。使用 KOH 处理的活性炭，显示出 220F/g 的最大电容。研究证明表面处理增加了含氧表面官能团的数量，有助于增加电容和降低内阻。GUARDIA 等41以葡萄酒厂的酒糟作为原料，水热处理后，结合 CO2物理活化和化学活化，制得的葡萄酒渣衍生活性炭，其在水电解质中电化学容量接近300F/g，在离子液体基介质中电化学容量接近 180F/g。WANG等79使用酒糟作为原料生产高度石墨化的活性炭。经过 HTC 过程、KOH 活化和直接微波辐射的处理，如图 7 所示，酒糟中少量的氧化石墨烯(GO)的存在可以显著提高比电容。除了用作超级电容器领域电极材料，酒糟基炭材料还可以应用在电池领域。SALIMI 等80报道了一种无金属锂硫电池，是由碳化啤酒糟生物炭阳极与Li2S石墨烯复合阴极组合而成。研究表明，生物炭电极与硫电池中常用的电解质具有良好的相容性。制备的全电池在 0.05C 时的初始充放电容量分别为726、537mAh/g，库仑效率为 74%。此外，在超过300 次循环后，其可逆容量可达 330mAh/g(0.1C)。未来有望扩展到工业水平解决电动汽车储能问题。酒糟基炭材料作为电极材料的性能不仅与其比表面积有关，而且与孔隙分布、掺杂元素、官能团等有关。目前酒糟基炭材料在能源领域应用相对单一，主要用作超级电容器电极材料，但根据其分级多孔结构、N、S 等元素自掺杂的特点，未来有望在钠离子电池、锂硫电池和锌空电池等方面得到广泛研究和应用。3.2环境领域酒糟基炭材料由于具有较高的比表面积、发达的多孔结构、杂原子自掺杂效应，在环境修复保护方面也得到了广泛的应用。如图 8 所示，ZHU 等33研究了酒糟衍生的生物炭对 Pb2+的吸附性能。实验结果表明，酒糟衍生的生物炭具有较大的比表面积和总孔体积，并且其表面上的COOH 和OH 含量较高。酒糟原料超级电容器电极应用水热炭化微波辐照活化活性炭+50100150时间/s(b)含GO和不含GO的酒糟炭及商用活性炭CCD曲线(1 A/g)电压/V00.20.40.60.8商业活性炭不掺GO掺GO(a)酒糟基超级电容器电极的制备图7酒糟基炭材料作为超级电容器电极的应用79Fig.7Applicationofdistillersgrainsbasedcarbonmaterialassupercapacitorelectrode79赤泥酒糟超声均匀共水热Pb2+吸附磁力分离酿酒厂活性炭酒糟阳离子染料污水净化水HOHOOHOHOHOHOHOO(b)酒糟基炭材料用于染料废水处理(a)酒糟基炭材料用于重金属离子吸附图8酒糟基炭材料在环境领域的应用Fig.8Applicationofdistillersgrainsbasedcarbonmaterialsinthefieldofenvironment第6期于天潮等：酒糟基炭材料的制备及应用2299Pb2+在酒糟衍生的生物炭上的吸附是通过多层吸附机理进行的。在确定的优化条件下，酒糟衍生的生物炭获得的 Pb2+吸附容量为 79.12mg/g。酒糟生物炭可用于 处 理 Pb2+污 染 的 废 水，可 以 实 现 以 废 治 废。KAZAK 等81将赤泥与废酒糟进行共水热处理，制备了磁性水热炭。在共水热过程中，赤泥中的 Fe2O3被还原为 Fe3O4形式，从而实现了水热炭的原位磁化，并且在 pH5.0 的条件下，对 Pb2+吸附效果最好，在120min 内达到吸附平衡，在吸附过程中阳离子交换机理占主导地位(40.8%)，而且对真实水样具有可重复使用性和有效适用性。酒糟基炭材料除了可以用于吸附重金属离子，在废水净化中也得到广泛应用。LI 等82将干酒糟在N2气氛下 450 预炭化后，控调 C/KOH 质量比，在管式炉中化学活化，所得产物具有丰富的微孔，微孔体积为0.9613cm3/g，具有超高的比表面积(2015m2/g)，对亚甲基蓝(MB)表现出较强的吸附能力，吸附量最高可达 2251mg/g。此外，其对聚丙烯腈工业废水的去除效果较好，60min 内去除率可达 99%。XU 等83以酒糟为原料，通过控制热解温度和水蒸气物理活化，制备出的生物炭具有显著的表面亲水性和内部亲油性，这保证了它在醇水体系中的良好分散性和对长亲油链组分的高效吸附，用于低度白酒中的浊度去除。DE 等84以啤酒糟为原料，采用湿式热解一锅酸活化法进行了水热工艺优化。采用 Doehlert 矩阵作为实验设计，考察了温度(100、125、150、175 和 200)和停留时间(4、14、24h)的影响，吸附实验中初始质量浓度为 50250mg/L 时，亚甲基蓝最大吸附容量为 134.78mg/g，作为低成本吸附剂修复有机物污染水体潜力很大。ZHENG 等26研究了不同热解停留时间和升温速率下，酒糟生物炭对 NH4+吸附性能的影响。最优样品对 NH4+吸附量最大可达 3.15mg/g，酒糟生物炭具有吸附污染水体中的 NH4+达到环境标准的潜力。SOUSA 等85以酒糟为原料制备了生物炭吸附剂，并考察了活化剂(KOH、NaOH 和 H3PO4)、热解温度和停留时间影响。将此吸附剂应用于去除水中的抗癫痫药物卡马西平，优化后的吸附剂最大吸附容量达(19027)mg/g。XIANG 等86通 过 对 酒 糟 和 金 属(Mn 和 Fe)氢氧化物的同时热解，制备了酒糟锰铁氧体生物炭磁性复合材料。同时考察其对四环素(TC)的吸附动力学、吸附等温线以及 pH 值、腐殖酸和离子强度的影响。发现酒糟锰铁氧体生物炭磁性复合材料是一种新型的生物废弃物处理工业废水材料。不同制备方法得到的酒糟基炭材料具有不同的理化性质，而且对于在环境领域吸附和处理不同污染物时的机理也不同。为了加快工业化实际应用，还需要对这些机理进行进一步研究，实现处理效果最大化，同时还需对酒糟基炭材料在环境中潜在毒性进行更多的研究。3.3农业领域在农业领域中，酒糟基炭材料可以通过改性，负载农作物需要的含 K、P 等元素的肥料，有效保留土壤农作物需要的营养元素，同时也可以作为吸附剂降低重金属元素如 Pb、Cr 等含量，极大改善土壤理化性质，促进农业可持续发展。ARSLANOLU 等87利用酒糟(糖或乙醇工业的副产品)和葡萄渣(酿酒工业的副产物)的混合物，经过热解活化获得磷酸钾镁肥料。磷酸钾镁(KMgPO46H2O)含量 10.67%，在 24h 沉淀实验中产物的溶解度为 0.75%，基于钾的溶解度约为2%，表明该产品是一种有效的缓释肥料。ZHAO 等88使用由不同生物质原料稻草、酒糟和紫茎泽兰制备的球磨生物炭来探索其磷酸盐释放性能。结果表明，球磨可以大大提高生物炭的比表面积，促进磷酸盐的释放。最优产物的磷缓释放特性表明它有潜力用作缓磷肥料。发芽和幼苗生长实验表明，添加低剂量的生物炭(质量分数 2.5%)有利于绿豆芽生长。XU 等89采用灰色关联分析方法研究了酒糟生物炭对多金属污染的植物土壤系统的影响。结果表明，较高的酒糟生物炭施用量有利于土壤肥力、生物浓度因子和流动性因子，而且在酒糟生物炭改良的土壤中，细菌群落丰富度降低，酒糟生物炭有助于植物土壤系统的恢复。SANTOS 等90在硫酸添加剂作用下，对甘蔗渣和酒糟进行 HTC 处理，从 HTC 过程中产生的工艺水中提取类腐殖质的螯合性能。结果表明，类腐殖质的结构以脂肪族为主，并且含有大量的官能团，与Cu2+强烈相互作用，具有高的条件稳定性常数和高的络合容量。因此，该工艺水可以用作螯合叶面肥，降低土壤中直接施用工业用水产生的植物毒性。3.4催化领域酒糟基炭材料在化学催化领域也得到广泛应用，由于它的比表面积较大，活性位点多，可作为催化剂的载体负载 Cu、Al 等金属组分，制备成催化剂用于催化反应。CAZETTA 等91发挥酒糟自掺杂优势，将其作 为 非 金 属(N 和 S)前 驱 体 进 行 水 热 处 理，用CoCl26H2O 作为共前驱体，与水热后的产物 750进行 CO2物理活化(5/min)。最终合成的材料比表面 积 734 m2/g，对 氧 还 原 反 应(ORR)、析 氧 反 应(OER)和肼氧化反应(HzOR)均较优，CO2物理活化，使 BET 比表面积提高了 79 倍左右，保留了在酒糟中的碳水化合物水热转化形成的碳球。CO2活化提高2300煤炭学报2023年第48卷了对所有反应的催化活性，同时炭表面负载的非金属和过渡金属的协同作用，提供了一种活性可与文献报道的同类材料相媲美的多功能电催化剂。因此在电催化剂制备方面，酒糟作为前驱体具有很大优势。WANG 等92设计了具有蒸馏酒精糟衍生生物炭/石英棉的连续流动固定床反应器，以探索活性位点的协同作用。优化后的产物具有高石墨氮、C=O 含量和缺陷程度，对磺胺甲恶唑的去除表现出优异的催化活性、耐久性和适用性。同时进一步研究确认了超氧自由基O2的降解主要贡献，单缺陷、石墨 N、C=O 和CO 有助于产生O2。BOUBKR 等93将啤酒糟湿法浸渍三水硝酸铜(II)和硝酸银水溶液，制备了一种高效的银铜纳米颗粒涂层啤酒糟生物炭。目前已成功地用于去除水中有害化学物质甲基橙(k=0.603102min1)，以及甲基橙和亚甲基蓝染料混合物。酒糟基炭材料的应用取决于其结构和各种不同的性质。尽管已经在上述应用领域有所研究，但涉及领域和相关研究还较少。酒糟基炭材料具有原料产量大、廉价易得、制备方法丰富的特点，未来研究应用不限于上述几个领域。前驱体酒糟中含有蛋白质、氨基酸等，通过不同的炭化方法，形成具有自掺杂优势的生物质炭材料，而且较大的比表面积、较高的孔隙率、良好的导电性使其成为碳基催化应用的一种选择，如氧化还原94、加氢反应95、纤维素水解96、碳水化合物脱水97等；此外由生物质制备出无序的碳(也称为硬碳)，通过不同炭化活化方式和杂原子自掺杂，控制其结构和形态特性，可作为钠离子电池的负极材料98-99。4结语本文综述了酒糟基炭材料的合成及其应用研究进展。将乙醇工业和传统酿酒工艺产生的废弃物转化为生物质碳材料有助于环境的可持续发展。酒糟原料价格低廉，制备工艺简单，有利于未来工业生产的实际应用。通过发酵后，酒糟仍富含纤维素、木质素、蛋白质、淀粉等。除了传统利用方式如作为饲料、堆肥、食用菌培养基等，将其作为原料生产高值化的酒糟基炭材料对于乙醇工业未来发展具有重大意义。酒糟因其廉价易得、元素种类丰富和具备发特殊结构等特点，作为碳基材料前驱体具有无可比拟的优势。通过不同的制备方法，可以赋予酒糟基不同的物理化学性质。典型的直接热解法操作简便，但是需要注意调控热解温度、停留时间、升温速率等参数，在不同参数下得到的产物性质差别巨大。此外，水热处理是另一种环保有效的制备方法，同样需要调控温度、停留时间等实验参数，但水热产物比表面积小，石墨化程度低。为获得性能更加优异的酒糟基炭材料，通常需要在热解基础上进行活化，物理活化环境友好，易于实施，但是对制备仪器条件要求较高；化学活化操作简便，产物性能改善明显，但是化学活化对设备腐蚀性较强，且对环境危害较大。所以需要结合不同的产品的应用和性质需求，选择合适的一种或几种制备方法，也可引入激光法、微波辐照和电离炭化等一些先进制备方法。因为酒糟基炭材料物理化学性质多种多样，应用研究也较为广泛。在能源领域，主要被用作超级电容器电极材料，而电池方面的应用较少，成为研究重点。酒糟基炭材料作为吸附剂可用于水和废水的去污，但其吸附能力和稳定性有待提高。此外在农业领域可负载农作物需要的含 K、P 等元素的肥料，同时吸附重金属元素，改善土壤理化性质。酒糟基炭材料还可以催化降解去除水中的有毒有机污染物，但降解效果和具体机理有待进一步研究。为了促进酒糟基炭材料的进一步工业化生产应用，还需要研究以下几个具体问题：(1)不同地域，不同类型酒糟成分具有差异性，其元素组成也有很大区别，因此需要因地制宜，因材制宜探索针对特定地域和特定类型酒糟高效环保的制备方法，对于未来工业化生产和大规模实际应用至关重要。(2)制备方法仍需不断探索，目前大多数研究依靠高温热解或水热炭化，制备方法相对单一而且对能源的依赖程度高，因此需要开发更低能耗的生产工艺路线，降低生产成本以实现大规模应用。(3)目前酒糟基炭材料的制备及应用并未形成产业链，因此需要和乙醇工厂或酿酒厂建立密切的产业合作关系，确保原料供给充足，在实现变废为宝的同时，对于后续商业化应用也意义重大。(4)酒糟基炭材料已应用于超级电容器，但在锂离子电池、锂硫电池和钠离子电池中的应用研究较少。考虑到酒糟自掺杂 N、S 等元素，并以此可调节生物炭结构和表面性质的优势，未来需要加大在新兴的能量存储和转换系统领域的应用研究。(5)酒糟基炭材料作为吸附剂，在环境领域应用广泛，但目前的研究多是实验室条件进行，而且对于吸附之后的回收再利用缺乏更深层次的研究，这不利于未来大规模实际应用，因此需完善其回收利用的研究，提高资源利用率，真正实现以废治废。参考文献(References)：孙宝国，黄明泉，王娟.白酒风味化学与健康功效研究进展J.中1第6期于天潮等：酒糟基炭材料的制备及应用2301国食品学报，2021，21(5)：113.SUNBaoguo,HUANGMingquan,WANGJuan.Researchprogresson flavor chemistry and healthy function of BaijiuJ.Journal ofChinese Institute of Food Science and 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