CN108313998A - 一种农作物秸秆制备生物碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农作物秸秆制备生物碳的方法,包括如下步骤:(1)秸秆粉碎处理、(2)蒸汽***处理、(3)酸液浸泡处理、(4)改性处理、(5)碳化处理。本发明方法可将秸秆的碳化率提升至60%以上,制得的生物碳比表面积大、吸附能力强,并具有良好的力学填充特性,极具市场竞争力和推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于秸秆回收利用处理技术领域,具体涉及一种农作物秸秆制备生物碳的方法。
背景技术
农作物秸秆是成熟农作物茎叶部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中,秸秆富含碳、氮、磷、钾、钙、镁和有机质等,是一种具有多用途的可再生的生物资源。现有的一部分农作物秸秆被用于生物碳的制作中,而目前秸秆制备工艺中生物碳的碳化得率不高,在50%以下,且制得的生物碳功能特性较为单一,市场竞争力不强。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题,提供了一种农作物秸秆制备生物碳的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种农作物秸秆制备生物碳的方法,包括如下步骤:
(1)秸秆粉碎处理:
先对秸秆进行清洗去除杂质后,再将其投入到粉碎机内进行粉碎处理,粉碎成颗粒为60~80目的秸秆粉后备用;
(2)蒸汽***处理:
将步骤(1)所得的秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽***处理,完成后取出备用;
(3)酸液浸泡处理:
将步骤(2)处理后的秸秆粉浸入到酸液中浸泡处理10~15min,期间加热保持酸液的温度为40~45℃,完成后将其滤出后备用;
(4)改性处理:
将步骤(3)处理后的秸秆粉浸入到改性溶液中,期间加热保持改性溶液的温度为50~55℃,并施加超声波进行辐照处理,20~25min后将秸秆粉滤出备用;所述改性溶液由如下重量份的物质组成:7~10份纳米二氧化硅、12~16份硅烷偶联剂、3~5份六偏磷酸钠、130~150份水;
(5)碳化处理:
将步骤(4)处理后的秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分,然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理,期间以氮气为保护环境,控制碳化的温度为490~520℃,保温处理2~3h后取出即可。
进一步的,步骤(2)中所述的蒸汽***处理的具体操作是:向密封罐内通入温度为103~106℃的水蒸气,同时将密封罐内的压力升至0.5~0.6MPa,保温保压处理3~4min后再快速卸至常温常压,卸温卸压的时间控制在20s之内。
进一步的,步骤(3)中所述的酸液是质量分数为5~7%的磷酸溶液。
进一步的,步骤(4)中所述的超声波辐照处理时的频率为90~95kHz。
进一步的,步骤(4)中所述的纳米二氧化硅的颗粒直径为15~75nm。
进一步的,步骤(4)中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的任意一种。
本发明对秸秆回收利用制备生物碳的方法进行了改进处理,其中先对秸秆进行蒸汽***处理,有效松散了秸秆的组织结构,提升了浸泡吸附能力,增强了后续工序处理的效果,接着对其进行酸液浸泡处理,去除了杂质成分,活化了秸秆,提升了反应的活性,随后进行了改性处理,将纳米二氧化硅引入固定于秸秆组织内,使得后续进行碳化处理时纳米二氧化硅有效的固定于生物碳内,改善了生物碳的填充特性,增强了整体的强度、耐磨性、耐腐性等,拓宽了生物碳的使用范围和功效,最终碳化处理后的生物碳可用于有机、无机高分子材料的制作中,使用价值较高。
本发明相比现有技术具有以下优点:
本发明方法可将秸秆的碳化率提升至60%以上,制得的生物碳比表面积大、吸附能力强,并具有良好的力学填充特性,极具市场竞争力和推广应用价值。
具体实施方式
实施例1
一种农作物秸秆制备生物碳的方法,包括如下步骤:
(1)秸秆粉碎处理:
先对秸秆进行清洗去除杂质后,再将其投入到粉碎机内进行粉碎处理,粉碎成颗粒为60~80目的秸秆粉后备用;
(2)蒸汽***处理:
将步骤(1)所得的秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽***处理,完成后取出备用;
(3)酸液浸泡处理:
将步骤(2)处理后的秸秆粉浸入到酸液中浸泡处理10min,期间加热保持酸液的温度为40℃,完成后将其滤出后备用;
(4)改性处理:
将步骤(3)处理后的秸秆粉浸入到改性溶液中,期间加热保持改性溶液的温度为50℃,并施加超声波进行辐照处理,20min后将秸秆粉滤出备用;所述改性溶液由如下重量份的物质组成:7份纳米二氧化硅、12份硅烷偶联剂、3份六偏磷酸钠、130份水;
(5)碳化处理:
将步骤(4)处理后的秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分,然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理,期间以氮气为保护环境,控制碳化的温度为490℃,保温处理2h后取出即可。
进一步的,步骤(2)中所述的蒸汽***处理的具体操作是:向密封罐内通入温度为103℃的水蒸气,同时将密封罐内的压力升至0.5MPa,保温保压处理3min后再快速卸至常温常压,卸温卸压的时间控制在20s之内。
进一步的,步骤(3)中所述的酸液是质量分数为5%的磷酸溶液。
进一步的,步骤(4)中所述的超声波辐照处理时的频率为90kHz。
进一步的,步骤(4)中所述的纳米二氧化硅的颗粒直径为15~75nm。
进一步的,步骤(4)中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550。
实施例2
一种农作物秸秆制备生物碳的方法,包括如下步骤:
(1)秸秆粉碎处理:
先对秸秆进行清洗去除杂质后,再将其投入到粉碎机内进行粉碎处理,粉碎成颗粒为60~80目的秸秆粉后备用;
(2)蒸汽***处理:
将步骤(1)所得的秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽***处理,完成后取出备用;
(3)酸液浸泡处理:
将步骤(2)处理后的秸秆粉浸入到酸液中浸泡处理13min,期间加热保持酸液的温度为42℃,完成后将其滤出后备用;
(4)改性处理:
将步骤(3)处理后的秸秆粉浸入到改性溶液中,期间加热保持改性溶液的温度为52℃,并施加超声波进行辐照处理,24min后将秸秆粉滤出备用;所述改性溶液由如下重量份的物质组成:8份纳米二氧化硅、14份硅烷偶联剂、4份六偏磷酸钠、140份水;
(5)碳化处理:
将步骤(4)处理后的秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分,然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理,期间以氮气为保护环境,控制碳化的温度为510℃,保温处理2.6h后取出即可。
进一步的,步骤(2)中所述的蒸汽***处理的具体操作是:向密封罐内通入温度为105℃的水蒸气,同时将密封罐内的压力升至0.56MPa,保温保压处理3.5min后再快速卸至常温常压,卸温卸压的时间控制在20s之内。
进一步的,步骤(3)中所述的酸液是质量分数为6%的磷酸溶液。
进一步的,步骤(4)中所述的超声波辐照处理时的频率为93kHz。
进一步的,步骤(4)中所述的纳米二氧化硅的颗粒直径为15~75nm。
进一步的,步骤(4)中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh560。
实施例3
一种农作物秸秆制备生物碳的方法,包括如下步骤:
(1)秸秆粉碎处理:
先对秸秆进行清洗去除杂质后,再将其投入到粉碎机内进行粉碎处理,粉碎成颗粒为60~80目的秸秆粉后备用;
(2)蒸汽***处理:
将步骤(1)所得的秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽***处理,完成后取出备用;
(3)酸液浸泡处理:
将步骤(2)处理后的秸秆粉浸入到酸液中浸泡处理15min,期间加热保持酸液的温度为45℃,完成后将其滤出后备用;
(4)改性处理:
将步骤(3)处理后的秸秆粉浸入到改性溶液中,期间加热保持改性溶液的温度为55℃,并施加超声波进行辐照处理,25min后将秸秆粉滤出备用;所述改性溶液由如下重量份的物质组成:10份纳米二氧化硅、16份硅烷偶联剂、5份六偏磷酸钠、150份水;
(5)碳化处理:
将步骤(4)处理后的秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分,然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理,期间以氮气为保护环境,控制碳化的温度为520℃,保温处理3h后取出即可。
进一步的,步骤(2)中所述的蒸汽***处理的具体操作是:向密封罐内通入温度为106℃的水蒸气,同时将密封罐内的压力升至0.6MPa,保温保压处理4min后再快速卸至常温常压,卸温卸压的时间控制在20s之内。
进一步的,步骤(3)中所述的酸液是质量分数为7%的磷酸溶液。
进一步的,步骤(4)中所述的超声波辐照处理时的频率为95kHz。
进一步的,步骤(4)中所述的纳米二氧化硅的颗粒直径为15~75nm。
进一步的,步骤(4)中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh570。
本发明方法制得的生物碳比表面积大,吸附特性强,其碳化率达到了60%以上,综合处理效果好,推广价值高。
Claims (6)
1.一种农作物秸秆制备生物碳的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)秸秆粉碎处理:
先对秸秆进行清洗去除杂质后,再将其投入到粉碎机内进行粉碎处理,粉碎成颗粒为60~80目的秸秆粉后备用;
(2)蒸汽***处理:
将步骤(1)所得的秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽***处理,完成后取出备用;
(3)酸液浸泡处理:
将步骤(2)处理后的秸秆粉浸入到酸液中浸泡处理10~15min,期间加热保持酸液的温度为40~45℃,完成后将其滤出后备用;
(4)改性处理:
将步骤(3)处理后的秸秆粉浸入到改性溶液中,期间加热保持改性溶液的温度为50~55℃,并施加超声波进行辐照处理,20~25min后将秸秆粉滤出备用;所述改性溶液由如下重量份的物质组成:7~10份纳米二氧化硅、12~16份硅烷偶联剂、3~5份六偏磷酸钠、130~150份水;
(5)碳化处理:
将步骤(4)处理后的秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分,然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理,期间以氮气为保护环境,控制碳化的温度为490~520℃,保温处理2~3h后取出即可。
2.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆制备生物碳的方法,其特征在于,步骤(2)中所述的蒸汽***处理的具体操作是:向密封罐内通入温度为103~106℃的水蒸气,同时将密封罐内的压力升至0.5~0.6MPa,保温保压处理3~4min后再快速卸至常温常压,卸温卸压的时间控制在20s之内。
3.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆制备生物碳的方法,其特征在于,步骤(3)中所述的酸液是质量分数为5~7%的磷酸溶液。
4.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆制备生物碳的方法,其特征在于,步骤(4)中所述的超声波辐照处理时的频率为90~95kHz。
5.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆制备生物碳的方法,其特征在于,步骤(4)中所述的纳米二氧化硅的颗粒直径为15~75nm。
6.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆制备生物碳的方法,其特征在于,步骤(4)中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的任意一种。
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