[發明專利]一種制備納米生物炭的方法

在審

• 申請號: 202010055395.0
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111196932A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 黃彩怡;張妙月;趙曼;豐燦;戴湲;丁鏗博;尹威;仇榮亮
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 肖宇揚;付靜

本發明公開了一種快速制備大量納米級生物炭的方法，其減少了生物炭納米顆粒的損耗，增加了納米級生物炭的產出率，利用反滲透提純生物炭懸浮液，進而得到高純度的納米級生物炭顆粒，用于快速大量的制備生物炭納米顆粒。

技術領域

本發明涉及生物質能源領域，尤其涉及一種生產納米生物炭的方法。

背景技術

根據International Biochar Initiative(IBI)的定義，生物炭(biochar)是是生物質在缺氧條件下高溫裂解形成的物質，這些物質施用于土壤中并獲得農業和環境方面的收益。近年來的大量研究表明，在土壤中施用生物炭，能有效封存大氣中的CO2,并可從多方面(pH、CEC、養分利用率、水分利用率、重金屬和有機污染物的生物有效性等)改善土壤質量，提高作物產量。據估計，全球農業土壤對生物炭的封藏量可高達4280億噸。因此，將來全球對用于農業的生物炭具有巨大的市場需求。

雖然全球多家實驗室研制了制造生物炭的多種小型熱解系統，但大規模快速制造納米級生物炭的工業技術還遠沒有成熟，目前還缺乏大規模快速制造納米級生物炭的技術和設備系統。用傳統的生物質燃燒法加干法球磨也可獲得納米級生物炭，但其納米級生物炭損失率高，產量低，而且產生大量煙霧，嚴重污染大氣環境。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種快速大量制備納米生物炭的方法，其包括以下步驟：

S1、將生物質烘干，粉碎放入馬弗爐中，500℃以上煅燒，煅燒后研磨過篩，干燥得到生物炭粉末；生物質可為各種植物秸稈、糞便等等，包括水稻秸稈、甘蔗秸稈；

S2、將所述生物炭粉末放入球磨機中，加超純水潤濕樣品，用球磨機濕法研磨，研磨后冷凍干燥得到生物炭樣品；

S3、取所述生物炭樣品加入到裝有超純水中，對所述生物炭樣品進行超聲分散處理得到生物炭懸浮液；

S4、離心提取：對所述生物炭懸浮液進行離心處理，提取上清液，得到納米生物炭顆粒溶液；

S5、利用反滲透膜對所述生物炭懸浮液進行去其中的雜質；反滲透提純方法為：控制系統打開進樣閥和出樣閥進行第一次反滲透，所述生物炭懸浮液從進樣閥進入，雜質溶液在濾芯反滲透膜作用下進入中心集液管，使得溶解鹽類、膠體、微生物等雜質通過中心集液管的出口流出。去除雜質的所述生物炭懸浮液在壓力球囊附近集聚，壓縮壓力球囊后經過出樣閥流出。當壓力傳感器檢測到去除雜質的所述生物炭懸浮液壓力上升到給定壓力，控制系統控制關閉進樣閥和出樣閥進行第二次反滲透提純，壓力球囊受所述生物炭懸浮液壓縮產生的壓力反作用于所述生物炭懸浮液，所述生物炭懸浮液反向通過濾芯進行二次利用，使得生成的雜質溶液進入中心集液管，后沿中心集液管的出口流出，壓力球囊產生的壓力隨著雜質溶液的產出而減小，壓力傳感器檢測到所述生物炭懸浮液側壓力下降到給定壓力，控制系統控制打開進樣閥和出樣閥，再重復進行反滲透提純。反滲透膜的形狀可以為平膜(flat membrane)、管狀膜(tubular membrane)、螺旋膜(spiral membrane)、中空纖維膜(hollow fiber membrane)等中的任意一種。

S6、對所述納米生物炭顆粒溶液進行低溫冷凍保存，結冰后進行冷凍干燥處理，得到納米生物炭顆粒。

本發明減少了生物炭納米顆粒的損耗，增加了納米級生物炭的產出率，利用反滲透提純生物炭懸浮液，進而得到高純度的納米級生物炭顆粒，用于快速大量的制備生物炭納米顆粒。

在一個優選實施例中，步驟S2中所述生物炭粉末和所用超純水的重量比為1：1～1：500。

在一個優選實施例中，步驟S3中所述超聲分散處理的方法是使用超聲細胞破碎儀。

在一個優選實施例中，在步驟S5中，所述雜質包括溶解鹽類、膠體、微生物、有機物中的至少一種。