[發明專利]一種以農林有機固體廢物為原料濕法熱裂解制備生物炭的方法

有效

• 申請號: 201410358655.6
• 申請日: 2014-07-26
• 公開（公告）號: CN104087326A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 謝越;馬萬征;李飛躍;汪建飛;肖新;李孝良;王艷
• 申請（專利權）人: 安徽科技學院
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及固體廢物資源化利用和新型碳材料制備領域，特別涉及一種以農林有機固體廢物為原料的濕法熱裂解制備生物炭的方法和根據本方法制備的生物炭產品。

背景技術

人們從南美洲亞馬遜盆地中部黑土（Terra?Preta?de?Indio）研究中，逐漸認識到生物炭作為二氧化碳俘獲和碳封存劑的重要作用，使得生物炭成為全球科學研究和媒體關注的焦點。生物炭富含有機碳和較強吸水能力，作為肥料載體和保水劑施入土壤，可以顯著增加土壤有機碳含量和土壤含水量；生物炭含有一定的礦質養分及本身的堿性特性，可以作為優良的土壤改良劑；生物炭具有微孔結構，較大比表面積，較強的離子交換與吸附能力，同時，材料表面擁有酚羥基、羰基、羧基、酸酐、內酯、苯環等多種化學官能團，可以增加對重金屬、農藥、除草劑等污染物的吸附，提高微生物活性，也可以用于污水處理，水質凈化等，因此，生物炭在農業和環境科學領域越來越成為一種新型優質環境材料。生物炭的生產工藝及工藝參數決定或影響生物炭的特征或性質。目前，生物炭主要通過熱裂解方式制備，高溫熱裂解比低溫熱裂解的生物炭具有較高的pH，灰分含量，生物學穩定性和含碳量，但高溫熱裂解保留原生物質中的碳要比低溫熱裂解要少。所以，在不同溫度及升溫速度下熱裂解都可以產生生物炭，只是生物炭的產率、性質和特征有所不同，而慢速熱裂解工藝的生物炭產率最大。目前，生物炭制備過程多采用慢速熱裂解或多段控溫熱裂解技術，如專利201310643730.9和201410120785.6，但是，這些制備工藝的生物炭產率依舊較低。相對與這些生物炭制備技術，濕法熱裂解生產生物炭可以獲得很高的生物炭產率。因此，以濕法熱裂解技術為基礎，開發一種以農林有機固體廢物為原料，能夠有較高生物炭產率和優良材料性能的制備方法，對于農林有機固體廢物資源化利用具有重要意義。

發明內容

本發明以農林有機固體廢物為原料，采用濕法熱裂解技術制備生物炭，制備的生物炭成品具有較高產率及優良材料性能。

本發明的技術方案如下：

一種以農林有機固體廢物為原料濕法熱裂解制備生物炭的方法，包括以下步驟：

（1）將農林有機固體廢物原料清理泥沙等雜質后，去離子水清洗，自然風干，粉碎過60目篩；

（2）稱取氯化鋅試劑，溶解于去離子水中，配制成氯化鋅溶液；

（3）將（1）制備好的原料與（2）配制的氯化鋅溶液混合攪拌，使得原料完全浸入氯化鋅溶液中，靜置24h，然后用定量濾紙過濾，用吸水紙將原料表面水吸干。

（4）取（3）中過濾好的原料，置于管式氣氛爐中，以氮氣為保護氣，進行加熱裂解。裂解過程為三階段變速升溫處理，第一階段快速升溫至200℃，第二階段為亞慢速升溫過程，溫度升至350℃；第三階段為慢速升溫階段，升至400℃后保溫2h。

（5）冷卻至室溫，將步驟（4）得到的固體物質過200目篩后，用去離子水反復沖洗，在烘箱中烘至恒重后取出即為生物炭成品，計算產率后放置干燥器中備用。

所述步驟（1）的農林有機固體廢物為植物源農林有機固體廢物。其中，植物源農林有機固體廢物為玉米芯、小麥秸稈、木屑、核桃殼、竹子中的任意一種或多種。

所述步驟（2）的氯化鋅為分析純氯化鋅，其配制氯化鋅溶液濃度為0.20?mol/L。

所述步驟（3）中原料與氯化鋅溶液的質量比為1：10，靜置24h過濾后的原料含水率在45.23%-69.65%之間。

所述步驟（4）中氮氣流速為0.1m³/h，第一階段快速升溫至200℃，然后保溫10min，升溫速率為50℃/min；第二階段為亞慢速升溫過程，升溫速率為5℃/min，升溫至350℃，保溫1h；第三階段慢速升溫階段，升溫速率為1℃/min，溫度升至400℃后保溫2h。

所述步驟（5）中烘箱溫度為65℃，其生物炭產率計算公式如下：

其中，m（烘干后的產物）指在烘箱中烘至恒重的生物炭質量，m（風干前的原料）指原料用去離子水洗凈風干后的質量。

與現有技術相比本發明的有益效果為：本發明制備原料來源廣泛，制備工藝簡單，對儀器、操作人員要求較低。

本發明制備的生物炭產率高，制備溫度低，能耗較低。

本發明制備的生物炭具有碳固定作用，對于減少碳排放具有促進作用。