[發(fā)明專利]一種生物質熱解油制備海綿狀炭材料的方法及產品

有效

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• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109666494B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設計）人: 汪一;熊哲;向軍;郭俊豪;鄧偉;陳元靜;徐俊;肖桂雨;胡松;蘇勝
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C10B55/00
• 分類號: C10B55/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發(fā)明屬于生物質能利用領域，并公開了一種生物質熱解油制備海綿狀炭材料的方法及產品。該方法包括S1選取生物質進行熱解，以獲取熱解油作為原材料，并使用非極性溶劑對所述熱解油進行萃取分離，獲取水相組分；S2將所述水相組分進行熱解；S3將所述S2熱解后的產物自然冷卻后，收集固體產物，即為海綿狀炭材料。本發(fā)明還公開了該方法制備獲得的海綿狀炭材料產品。本發(fā)明提供的方法原材料價廉易得，且為可再生資源，實現了生物質熱解油向海綿狀炭材料的高效轉化，且該方法原料適應性強，任何種類的生物質均能使用，無須前處理，且反應條件溫和，工序簡單，成本低，最終制備的海綿狀炭材料應用前景廣闊，整體方法經濟性高。

技術領域

本發(fā)明屬于生物質能利用領域，更具體地，涉及一種生物質熱解油制備海綿狀炭材料的方法及產品。

背景技術

生物質是唯一含碳的清潔可再生資源，可代替石油、煤炭等化石能源用于電力生產、碳材料制備等。開發(fā)生物質能有利于優(yōu)化我國能源供應結構，緩解日益嚴峻的環(huán)境問題。

生物質具有原料分散、收集半徑小、運輸存儲成本高的特點，利用熱解技術可以把生物質轉化為熱解油。熱解油能量密度高(通?？蛇_生物質能量密度的10倍)，便于運輸和存儲。將生物質轉化為熱解油是生物質能的一種有前景的低成本利用方式。

然而，熱解油成分復雜，含氧量高、粘度高、熱穩(wěn)定性差，受熱時極易產生焦炭，而積碳是熱解油高效利用所面臨的重要挑戰(zhàn)。例如，在熱解油催化裂解或加氫提質過程中，積碳的形成會堵塞反應器，覆蓋催化劑活性位或填充催化劑孔道結構而使催化劑失活；在生物質氣化反應系統(tǒng)下游，積碳或結焦容易堵塞管道，造成運行事故，增加維護成本。在燃燒過程中，熱解油在進入鍋爐燃燒前聚合形成的積碳會造成噴嘴堵塞等問題。顯然，熱解油受熱過程中積碳問題是阻礙熱解油規(guī)模化利用的瓶頸之一。

現有技術中，大量研究與工藝都致力于解決熱解油利用過程的結焦問題。目前，一種新的技術方向是利用熱解油易結焦的特性，直接將熱解油應用于炭材料制備，如制備碳纖維、納米碳材料等。但由于熱解油成分復雜、品質差，導致現有技術難度大，成本高，商業(yè)化難度較大。因此，亟需一種新的技術方案，既能避免結焦的不利影響，又能實現熱解油的高效低成本利用。

發(fā)明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明將熱解油結焦特性作為一種可利用的有益特性，正確利用熱解油的結焦特性以制備海綿狀炭材料，是一種全新的技術路線，可避免熱解油熱轉化過程中的結焦問題，亦可實現熱解油向炭材料的高效轉化。

為實現上述目的，本發(fā)明提出了一種生物質熱解油制備海綿狀炭材料的方法，其特征在于，包括以下步驟，

S1選取生物質進行熱解，以獲取熱解油作為原材料，并使用非極性溶劑對所述熱解油進行萃取分離，獲取水相組分；

S2將所述水相組分進行熱解，進而使得所述水相組分在催化劑的催化作用下發(fā)生的交聯共聚反應，產生固態(tài)焦炭；

S3將所述固態(tài)焦炭自然冷卻后，收集固體產物，即為海綿狀炭材料。

進一步的，步驟S1中，所述生物質為木質纖維素類生物質。

進一步的，步驟S1中，所述生物質熱解的溫度為450℃～550℃，且所述生物質熱解的升溫速率不小于50℃/s；優(yōu)選的，所述生物質熱解的溫度為500℃。

進一步的，步驟S1中，所述非極性溶液與所述熱解油的質量比不小于5:1，優(yōu)選的，所述非極性溶液與所述熱解油的質量比為30:1～10:1，進一步優(yōu)選的，所述非極性溶液與所述熱解油的質量比為20:1。

進一步的，步驟S2中，所述水相組分熱解的溫度為300℃～500℃，且所述水相組分熱解的升溫速率為10℃/s～50℃/s；優(yōu)選的，所述水相組分熱解的溫度為400℃，所述水相組分熱解的升溫速率為30℃/s。