CN105130518A - 一种生物碳的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物碳的制备方法，包括以下步骤：（1）、取植物秸秆破碎成粉末，发酵，然后使用醋酸铵水溶液在常温下浸泡，然后使用草酸、硝酸钠、单宁酸、水配制的混合液蒸煮；（2）、将滤渣使用清水洗涤，洗去秸秆粉末表面的浮酸；（3）、将滤液进行蒸煮；（4）、将步骤（3）得到的固体物与碳粉按重量比100:1-3混合均匀，进行高温处理；（5）、将上述处理好的原料与活性炭按重量比60:2的比例混合均匀，进行碳化处理，并不断向石英管中鼓入氮气，使氮气在石英管内循环，制成生物碳。使用本发明的方法生产生物碳植物秸秆的碳化率可达到64.5%以上，同时使用本发明的方法可以降低加工过程中的能耗10%左右。
Description
技术领域
本发明属于材料加工领域，具体涉及一种生物碳的制备方法。
背景技术
最近，科学家将目光转向生物碳，萌发了创造“技术土壤”的构想，希望通过提高土壤固有的有机碳储量，解决目前气候变化、能源以及食品和水资源危机。
近年来，随着全球气候变化，温室气体排放，耕地土壤退化，人类生存的环境和空间日趋严峻，但是目前采取的措施大多是头疼医头脚疼医脚，自然生态***的自我恢复循环还是“卡壳”。
生物碳不仅可以大幅提高土壤肥力，在贫瘠的土壤上培育出肥沃的高碳库土壤，最直接的效应就是明显提高农作物产量和品质，还可以间接地减少化肥、农药等化学品的施用量。最关键是把碳有效地吸附固化在生物碳中间，减少了温室气体的排放，以及对石油制品的依赖。目前已知一吨生物质可以固定0.726吨二氧化碳。
我国粮食连续9年实现大丰收，而这背后则是秸秆的大丰收。据国家***的统计，目前我国农作物秸秆可收集量约为7亿吨。每到收获季节，作物秸秆堆积如山。
如果将这些秸秆、食用菌渣还田，无疑是增加土壤输入、遏制土壤退化、改善耕地质量的有效措施。但是，由于我国现行的土地政策将生产单元分割的过小，不利于秸秆还田机械的使用。迥异的气候条件也使秸秆还田适用范围受到限制，致使目前我国秸秆还田量还不到1/3，被烧掉或废弃的量却超过50%。焚烧秸秆排放的大量温室气体和烟尘，导致空气质量下降、诱发城市阴霾、影响航班起降等一系列环境问题。
但是现在生物碳加工时，碳化率不高，往往在40%以下，同时，现有技术的碳化温度较高，能量损耗较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物碳的加工方法，通过对工艺的改进，可以降低碳化处理的温度。
本发明通过以下技术方案实现：
一种生物碳的制备方法，包括以下步骤：
（1）、取植物秸秆破碎成粉末，将植物秸秆粉末在25-32℃下密封发酵2-3天，然后使用质量分数2-4%的醋酸铵水溶液在常温下浸泡25-40min，压去植物秸秆粉末中的水分，然后使用草酸、硝酸钠、单宁酸、水按重量比5:0.4:2:3比例配制的混合液蒸煮，蒸煮温度为116-138℃，蒸煮时间为25-40min，过滤，得到滤液和滤渣；
（2）、将滤渣使用清水洗涤，洗去秸秆粉末表面的浮酸；
（3）、将滤液进行蒸煮，去除里面的酸液及水分，将蒸煮得到的固体剩余物使用清水洗涤，再次进行蒸煮，将得到的固体物与步骤（2）得到的滤渣合并，烘干；
（4）、将步骤（3）得到的固体物与碳粉按重量比100:1-3混合均匀，在氮气保护下使用石英管在320-360℃下进行高温处理，处理时间为10-15min，在升温过程中，温度升至280℃后，升温幅度为3℃/min；
（5）、将上述处理好的原料与活性炭按重量比60:2的比例混合均匀，继续升温至380-420℃进行碳化处理，并不断向石英管中鼓入氮气，使氮气在石英管内循环，制成生物碳。
步骤（5）中，在碳化处理3-5min后，使用挤压机对原料进行挤压，压强为2-3.5MPa，将原料压成块状。
在步骤（4）处理完成后，使用质量分数为0.5%的KMnO4溶液将原料浸泡并使用超声波震荡15min，然后使用质量分数2%的醋酸钾溶液浸泡20min，在氮气保护下烘干。
一种使用上述方法生产的生物碳。
本法明中的植物秸秆为树枝、大豆秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、稻草中的一种或者多种以任意比例混合。使用单独的大豆秸秆碳化效果更好。
本发明的有益效果：本发明通过在碳化处理前，将植物秸秆进行处理，使纤维素进行分离活化，使植物纤维间的空隙增大，同时将植物秸秆中的低聚的糖类分离后再进行混合，可以提升碳化的效率，降低碳化温度，还可以提升生物碳的空隙率；在碳化过程中向石英管中鼓入氮气，可以使热量循环，并且使植物秸秆受热更均匀，热量利用率更高。在加热及碳化处理时，加入少量的碳粉，可以提升秸秆碳化的速度，有利于更成分的均匀分散，使用本发明的方法生产生物碳植物秸秆的碳化率可达到64.5%以上，同时使用本发明的方法可以降低加工过程中的能耗10%左右。
使用本发明的方法进行挤压生产的生物碳为块状，在碳化处理进行几分钟后进行挤压，既不会减缓碳化的速度，又可以使挤压后的生物碳稳定性相对于生物碳制成后更高，不松散，而且经过此方法处理的生物碳具有很高的吸附性能。使用此方法制备的生物碳的比表面积达到2560m2/g，而且微孔率在93%以上。
在制备步骤中使用高锰酸钾及醋酸钾进行处理后，可以使制成的生物碳具有极高的对重金属铅的吸附性，对空气中的铅或者水中的铅吸收率达到98.5%以上，相对于现有的活性炭吸附能力更强，尤其对于重金属铅的吸收率有大幅提升。
具体实施方式
实施例1
一种生物碳的制备方法，包括以下步骤：
（1）、取植物秸秆破碎成粉末，将植物秸秆粉末在30℃下密封发酵2天，然后使用质量分数3%的醋酸铵水溶液在常温下浸泡25-40min，压去植物秸秆粉末中的水分，然后使用草酸、硝酸钠、单宁酸、水按重量比5:0.4:2:3比例配制的混合液蒸煮，蒸煮温度为122℃，蒸煮时间为35min，过滤，得到滤液和滤渣；
（2）、将滤渣使用清水洗涤，洗去秸秆粉末表面的浮酸；
（3）、将滤液进行蒸煮，去除里面的酸液及水分，将蒸煮得到的固体剩余物使用清水洗涤，再次进行蒸煮，将得到的固体物与步骤（2）得到的滤渣合并，烘干；
（4）、将步骤（3）得到的固体物与碳粉按重量比100:2混合均匀，优选地，固体物与碳粉的重量比为100:1.3，在氮气保护下使用石英管在330℃下进行高温处理，处理时间为12min，在升温过程中，温度升至280℃后，升温幅度为3℃/min；
（5）、将上述处理好的原料与活性炭按重量比60:2的比例混合均匀，继续升温至380-420℃进行碳化处理，并不断向石英管中鼓入氮气，使氮气在石英管内循环，制成生物碳。
实施例2
步骤（5）中，在碳化处理3-5min后，使用挤压机对原料进行挤压，压强为2-3.5MPa，将原料压成块状。其他方法同实施例1。
在（3）、（4）步骤中加入碳粉或活性炭，可以使其他原料的碳化更迅速。便于将原料挤压成型，同时提升挤压后原料间结合的强度。
实施例3
在步骤（4）处理完成后，使用质量分数为0.5%的KMnO4溶液将原料浸泡并使用超声波震荡15min，然后使用质量分数2%的醋酸钾溶液浸泡20min，在氮气保护下烘干。其他方法同实施例1。
实施例4
在步骤（4）处理完成后，使用质量分数为0.5%的KMnO4溶液将原料浸泡并使用超声波震荡15min，然后使用质量分数2%的醋酸钾溶液浸泡20min，在氮气保护下烘干。步骤（5）中，在碳化处理3-5min后，使用挤压机对原料进行挤压，压强为2-3.5MPa，将原料压成块状。其他方法同实施例1。
一种使用上述方法生产的生物碳。
表1为使用各实施例方法制备的生物碳对污染物的吸收率：
表1
由表1可知，本发明方法制备的生物碳的吸附力相对于现有的活性炭有明显提升，尤其对铅的吸收率明显提升。
Claims (4)
1.一种生物碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、取植物秸秆破碎成粉末，将植物秸秆粉末在25-32℃下密封发酵2-3天，然后使用质量分数2-4%的醋酸铵水溶液在常温下浸泡25-40min，压去植物秸秆粉末中的水分，然后使用草酸、硝酸钠、单宁酸、水按重量比5:0.4:2:3比例配制的混合液蒸煮，蒸煮温度为116-138℃，蒸煮时间为25-40min，过滤，得到滤液和滤渣；
（2）、将滤渣使用清水洗涤，洗去秸秆粉末表面的浮酸；
（3）、将滤液进行蒸煮，去除里面的酸液及水分，将蒸煮得到的固体剩余物使用清水洗涤，再次进行蒸煮，将得到的固体物与步骤（2）得到的滤渣合并，烘干；
（4）、将步骤（3）得到的固体物与碳粉按重量比100:1-3混合均匀，在氮气保护下使用石英管在320-360℃下进行高温处理，处理时间为10-15min，在升温过程中，温度升至280℃后，升温幅度为3℃/min；
（5）、将上述处理好的原料与活性炭按重量比60:2的比例混合均匀，继续升温至380-420℃进行碳化处理，并不断向石英管中鼓入氮气，使氮气在石英管内循环，制成生物碳。
2.根据权利要求1所述的一种生物碳的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，在碳化处理3-5min后，使用挤压机对原料进行挤压，压强为2-3.5MPa，将原料压成块状。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物碳的制备方法，其特征在于：在步骤（4）处理完成后，使用质量分数为0.5%的KMnO4溶液将原料浸泡并使用超声波震荡15min，然后使用质量分数2%的醋酸钾溶液浸泡20min，在氮气保护下烘干。
4.一种使用权利要求1-3之一方法生产的生物碳。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN106732511A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-31 | 中国环境科学研究院 | 一种生物质炭脱硝催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113772708A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-10 | 华新绿源环保股份有限公司 | 一种复杂废盐体系资源化综合处理工艺 |
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| CN103990433A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-08-20 | 重庆文理学院 | 一种夏威夷果壳/高粱秸秆生物碳及其制备方法 |
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