[發明專利]利用園林廢棄物生產生物炭的方法

在審

• 申請號: 202010988698.8
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112028051A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 陳冠益;王燕杉;宋英今;鐘磊;崔孝強;顏蓓蓓;張穎秀;孟姝妍
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 陸藝

本發明公開了利用園林廢棄物生產生物炭的方法，步驟：將園林廢棄物和沼氣厭氧發酵液混勻，調pH，厭氧發酵，固液分離，得到第一固體和液體，將第一固體和去離子水混合，水熱炭化，降至室溫，固液分離，水洗，干燥得到生物炭。本發明以園林廢棄物為原料制備生物炭，厭氧發酵，可有效改善生物質木質纖維素構成比例并打破生物質內部的嵌合結構，強化制炭過程中傳質傳熱過程，富集木質素組分，利于后續水熱炭化過程中提高生物炭的產量和比表面積。本發明耗能低，水熱炭化的熱處理能量只對應厭氧發酵后的難降解的消化物組分，節省了可生物降解部分的能量。同時，避免了熱解炭化溫度較高，引起的微粒團聚現象。本發明的方法不需要催化劑及脫毒處理。

技術領域

本發明屬于生物質資源化能源化利用領域，具體涉及一種利用園林廢棄物生產生物炭的方法。

背景技術

園林廢棄物主要指園林植物自然凋落或人工修剪所產生的枯枝、落葉、草屑、花敗、樹木與灌木剪枝等其他植物殘體，是一種潛在的未充分利用的可再生生物質原料，隨著城市化進程的加快，城市綠量逐漸上升，為此，帶來的綠化廢棄物消納問題凸顯出來。據保守統計，我國每年產生的園林廢棄物在3000萬噸以上，隨著我國環保要求的提升，開發新型高效的園林廢棄物資源化利用技術尤為迫切，也符合我國在能源發展與環境保護領域的需求。

園林廢棄物中木質素、纖維素含量高，是制備生物炭的較好原料，通過熱解炭化可有效資源化利用，但目前存在炭轉化效率和比表面積低的技術瓶頸，限制了其在環境等方面的應用。目前，常采用化學活化法(酸、堿及有機溶劑)、物理法(粉碎、焙燒)來增加生物炭比表面積及產率，以提高生物炭的性能。但依然存在操作復雜，成本較高，化學試劑回收難、需脫毒、產生二次污染等問題，效果仍不夠理想。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的比表面積小、產率低、需要引入催化劑等其他化學藥劑等不足，提供一種低成本、操作簡單且環境友好、比表面積高、產量大的利用園林廢棄物生產生物炭的方法。

本發明的技術方案概述如下：

利用園林廢棄物生產生物炭的方法，包括如下步驟：

按質量比1：(13～15)的比例，將含水率為2％-10％、長度為1～4cm的園林廢棄物和沼氣厭氧發酵液混合均勻，調節pH為7.0-7.5，置于厭氧發酵反應器中厭氧發酵，得發酵產物；固液分離，得到第一固體和液體，按質量比1：(9～12)的比例，將第一固體和去離子水混合，放入水熱反應釜中進行水熱炭化，降至室溫，固液分離，得到第二固體，水洗第二固體，干燥得到生物炭。

沼氣厭氧發酵液總固體含量為2％～3％，pH為7.5～7.8，來自牛糞沼氣厭氧發酵沼液。

厭氧發酵的步驟為：37～38℃；每隔8～10h攪拌一次，每次攪拌15～20min，厭氧發酵10-30天。

發酵的天數優選20天。

水熱炭化的步驟優選為：在攪拌速率為100～120rpm，升溫速率為10～20℃/min，升溫至190～270℃，在壓力為0.5～3.5MPa，停留時間為1～1.5h。

本發明的優點：

(1)以園林廢棄物為原料制備生物炭，實現廢物有效再利用。

(2)厭氧發酵處理原料，可有效改善生物質木質纖維素構成比例并打破生物質內部的嵌合結構，強化制炭過程中傳質傳熱過程，富集木質素組分，利于后續水熱炭化過程中提高生物炭的產量和比表面積。

(3)具有條件溫和、原料不需要干燥處理，耗能低等優點。水熱炭化的熱處理能量只對應厭氧發酵后的難降解的消化物組分，節省了可生物降解部分的能量。同時，避免了熱解炭化溫度較高，引起的微粒團聚現象。

(4)本發明的方法不需要催化劑及脫毒處理，是一種低成本、低能耗、操作簡單且環境友好的處理方法。