BIOCHAR | 低氧炭比水稻秸秆沼渣生物炭基涂层防冰性能

摘要

风力机叶片结冰影响着风力机安全运行，利用生物质资源改善结冰问题有利于促进风能和生物质能协同发展。本研究以水稻秸秆沼渣为原料，通过改性热解和水热法制备了具有光热和防腐性能的防冰涂层。高温热解和水热反应促进了脱氢、脱羧反应，减少了含氧官能团数量，降低了材料表面能。超疏水涂层接触角为158.32°，具有优异的超疏水性能。结冰风洞试验结果表明，在风速为10 m/s、温度为-10 ℃时，叶片结冰面积和质量分别减少10.54 %和30.08 %，表明涂层叶片具有良好的防冰性能。光热性能测试表明，MoS₂负载后的涂层材料具有良好的光吸收性能，在一个太阳光强照射下涂层能够快速升温至58.3 ℃，并具有良好的光热循环稳定性。交流阻抗测试表明涂层有较低的腐蚀速率，这是由于MoS₂的负载能够作为物理屏障减少腐蚀介质与基底的接触，从而提高了涂层的防腐蚀性能。本研究对复杂环境条件下的防冰领域的发展具有实际应用价值和意义。

图1 图形摘要

亮点

1. 以生物质废弃物—水稻秸秆沼渣制备了具有防冰特性的生物炭基涂层。
2. 炭基材料的低氧炭比促进了涂层疏水性能的提升和冰黏附强度的降低。
3. MoS₂的负载赋予涂层材料优异的光热和防腐效应。

结论

1. KOH高温改性和MoS₂水热负载赋予材料适宜的粗糙度，同时产生了脱氢、脱羧反应，提升了材料的疏水性能。
2. 动态和静态防冰试验结果表明，防冰涂层能有效减少结冰量，降低冰黏附强度。
3. MoS₂的负载使基底与腐蚀介质间形成了屏障，提高了材料的防腐蚀性能。

作者简介

李岩（通讯作者）
东北农业大学工程学院

教授、博士生导师。黑龙江省农业生物环境与能源工程领军人才梯队带头人，黑龙江省寒地农业可再生资源利用技术与装备重点实验室主任。主要从事风能开发与利用、结冰与防除冰技术等研究。

贺志远（通讯作者）
北京理工大学材料学院

教授、博士生导师。国家优秀青年基金获得者，中国科学院青促会会员。在Sci. Adv.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表论文40余篇，申请国家发明专利10余项。主要从事仿生与智能材料、防结冰/抗冻材料等研究。

论文链接: https://link.springer.com/article/10.1007/s42773-023-00276-0