[發明專利]多段酸洗后處理工藝制備超低灰分植物基生物炭

在審

• 申請號: 201710290487.5
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107115841A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 謝越;李飛躍;肖新;汪建飛;王泓
• 申請（專利權）人: 安徽科技學院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C01B32/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于新型環境材料及其應用技術領域，主要涉及植物基生物炭材料的純化，降低植物基生物炭灰分含量的方法，提高植物基生物炭材料的吸附能力。

背景技術

生物炭是有機物在缺氧或限氧條件下，高溫熱裂解形成的穩定芳香性物質。生物炭作為一種新型碳素材料，在氣候變化、水體凈化、重金屬吸附和土壤改良方面為全球熱點問題提供解決方案。不同于活性炭材料主要依靠巨大比表面積產生的物理性吸附，生物炭表面廣泛分布的含氧官能團，能夠與污染物產生新的化學鍵，從而產生更為穩定的化學吸附作用。因此，作為一種新型高效吸附劑，生物炭材料在重金屬和有機污染物的去除方面發揮著重要作用。一般來說，生物炭的制備原料來源主要分為植物基和固體廢物基2大類，即以植物的有機殘體為制備來源的稱之為植物基生物炭，以有機固體廢物為制備來源的稱之為固體廢物基生物炭。然而，不論是植物基生物炭還是固體廢物基生物炭，在制備過程中，除了生物炭產品之外，還可以產生無機鹽、焦油以及其他氣體產物，這些副產物連同制備原料攜帶的礦物成分，作為灰分留存在生物炭表面和空隙結構中，灰分一方面能夠掩蔽生物炭表面功能官能團的作用，另一方面由于這些物質化學性質比較活躍，可以影響生物炭的吸附效率。因此，脫灰處理成為提高生物炭材料吸附性能的關鍵。

目前，脫灰處理主要有前期脫灰、中期脫灰和后期脫灰3種工藝。相比較而言，后期脫灰成本最低、污染最少，成為最常采用的脫灰工藝。中國專利申請號200810049457.6采用漂洗工藝，在漂洗液中添加聚丙烯酰胺或聚氯化鋁絮凝劑，將灰分含量控制在1.5%以下。專利中國申請號201210455610.1采用濃硫酸酸洗工藝，產品灰分小于0.5%。上述2個專利工藝雖然能夠較好脫灰，但產品灰分依然較高。中國專利申請號201110386303.8采用水熱后處理工藝，經過水熱堿洗、水熱酸洗、熱水洗后，灰分雖然能夠控制在0.1%以下，但工藝需要加溫加壓，工藝設備昂貴，投資成本大。

為了提高植物基生物炭材料的吸附性能，最大程度降低灰分含量，本發明在常溫常壓條件下，采用多段酸洗后處理工藝對植物基生物炭進行脫灰處理，產品灰分含量降低至0.1%以下。該脫灰工藝操作簡單，成本低廉，脫灰效果好。

發明內容

本發明為了降低植物基生物炭灰分含量，提高生物炭的吸附性能，發明了一種多段酸洗后處理工藝，對植物基生物炭進行徹底脫灰。

本發明是通過以下技術方案實現的，包括如下步驟：

常溫常壓條件下，在振蕩反應器中，將植物基生物炭預先在堿性溶液中浸泡6小時，洗滌至中性后，進入第一階段鹽酸處理，重復3次，進入后加入第二階段磷酸處理，重復3次，過濾后進入第三階段氫氟酸處理，重復3次，過濾洗滌干燥后儲存。多階段酸洗工藝中植物基生物炭濃度為1-25%（w/v），優選為5-20%（w/v），更優選為10%（w/v），每階段處理時間為0.5-5小時，優選為1-4小時，更優選為3小時。振蕩反應器振蕩頻率為100-300 rpm，優選為150-250 rpm，更優選為200 rpm。

上述工藝中堿性溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氨水中的一種或這些物質的混合物，堿液的使用濃度為0.01-2 mol.L^-1之間，優選為0.5-1.5 mol.L^-1之間，更優選為1 mol.L^-1。工藝中第一段酸洗中鹽酸的使用濃度在0.1-5 mol.L^-1之間，優選為0.5-2 mol.L^-1之間，更優選為1 mol.L^-1。工藝中第二段酸洗中磷酸的使用濃度在1-20%之間，優選為5-15%之間，更優選為10%。工藝中第三段酸洗中氫氟酸的使用濃度在0.1-40%之間，優選為1-20%之間，更優選為20%。

上述酸洗后處理的植物基生物炭包括以農作物秸稈、果實、枝葉、樹木或其他植物類有機部分，經過限氧或無氧條件下熱裂解后產物。制備的植物基生物炭過50目篩，灰分含量為15%-35%之間。

上述工藝中使用的振蕩反應器內襯材料為耐酸堿腐蝕的聚四氟乙烯材料。

上述工藝中的一種具體方案如下：