CN108893160A - 一种燃烧特性好的生物质炭燃料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃烧特性好的生物质炭燃料，涉及生物环保技术领域，由南荻茎秆经过粉碎炭化得到的炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合后，添加到生物质成型机中压制而成；本发明制备的生物质炭燃料综合燃烧特性指数高于木炭，表明本发明制备的生物质炭燃料具有更好的燃烧特性；本发明生物质炭燃料的的平均着火点为255℃，而普通木炭的着火点为480℃，由此可见，本发明制备的生物质炭燃料具有更低的着火点，更易燃烧。
Description
技术领域
本发明属于生物环保技术领域，具体涉及一种燃烧特性好的生物质炭燃料。
背景技术
我国是一个农业大国，每年产生作物秸秆7亿多吨，约占世界秸秆总产量的五分之一，我国秸秆利用方式与国外基本一致，50%以上秸秆主要用于生活能源的燃料，10%以上秸秆就地燃烧还田或直接翻入土层中还田，30%浪费掉，10%左右作为家畜的饲料，这样除了造成资源的浪费，还造成了对环境的污染。随着经济的发展，我国对能源的需求却越来越大，去年我国已成为第二大能源消费国，这种能源供不应求的状况已导致了能源价格上涨，电力供应紧张，电价上涨，工业用原盐，运输等问题，这些情况亦成为许多行业发展的制约因素，因此，必须开发各种燃料资源，建立合理的产业结构，能源等方面的矛盾。目前现有技术制取的生物质炭燃料燃烧特性一般。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种燃烧特性好的生物质炭燃料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种燃烧特性好的生物质炭燃料，由南荻茎秆经过粉碎炭化得到的炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合后，添加到生物质成型机中压制而成。
进一步的，所述炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合质量比为1.3-1.6:3.2。
进一步的，所述氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料制备方法为：
（1）将氧化石墨烯均匀分散到去离子水中，配制成质量分数为3.2%的氧化石墨烯悬浮液，调节氧化石墨烯悬液调整pH值至10.5；
（2）将质量分数为10%的磷酸二氢钠溶液按1:10体积比添加到上述得到的氧化石墨烯悬浮液中，得氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液；
（3）将玉米秸秆粉料与所述步骤（2）中得到的氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液混合，水浴加热至85℃，然后添加玉米秸秆粉料质量0.1%的交联剂，以2000r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得，所述玉米秸秆粉料与氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液混合比例为85-90g：300mL。
进一步的，所述炭化料制备方法为：
(1)改性
将南荻茎秆粉碎至90目，得到南荻茎秆粉，将南荻茎秆粉在质量分数为3.5-4％的强氧化性酸溶液中浸泡2.5小时后，南荻茎秆粉与硝酸溶液混合比例为120-130g：400mL，然后向硝酸溶液中添加其质量1.2%的乙酸钾，以200r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用清水洗涤至中性，真空干燥，得到改性南荻茎秆粉；
(2)制备
将改性南荻茎秆粉加入到炭化炉中，在惰性气氛气氛下，加热至600-650℃，保持3.5小时，得到生物质炭。
进一步的，所述强氧化性酸溶液为硝酸溶液。
进一步的，所述真空干燥温度为55℃。
进一步的，所述真空干燥时间为40min。
进一步的，所述惰性气体为氮气、氦气、氖气中任一种。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明制备的生物质炭燃料综合燃烧特性指数高于木炭，表明本发明制备的生物质炭燃料具有更好的燃烧特性；本发明生物质炭燃料的的平均着火点为255℃，而普通木炭的着火点为480℃，由此可见，本发明制备的生物质炭燃料具有更低的着火点，更易燃烧；本发明采用南荻茎秆和氧化石墨烯改性玉米秸秆相互配合制备生物质燃料，不仅能够废物利用，同时，通过对南荻茎秆的进行一定程度的炭化处理，鞥能够有效的调整生物质炭燃料中含碳量，能够有效的降低生物质炭燃料的结渣率，通过以一定配比的改性荻茎秆制成的炭化料和氧化石墨烯改性玉米秸秆粉协同制成生物质炭燃料，能够有效的提高了发热量和固定碳含量，使得得到的生物质炭燃料更耐烧，同时，本发明生物质炭燃料具有良好的疏水性能：在相对湿度90％的条件下，本发明的生物质炭燃料的平衡吸水量为14.1％，而玉米秸秆原料颗粒的平衡吸水量为25％；在相对湿度50％的条件下，生物质炭燃料的平衡吸水量为4.4％，而玉米秸秆原料颗粒的平衡吸水量为8.5％。
具体实施方式
实施例1
一种燃烧特性好的生物质炭燃料，由南荻茎秆经过粉碎炭化得到的炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合后，添加到生物质成型机中压制而成。
进一步的，所述炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合质量比为1.3:3.2；
进一步的，所述氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料制备方法为：
（1）将氧化石墨烯均匀分散到去离子水中，配制成质量分数为3.2%的氧化石墨烯悬浮液，调节氧化石墨烯悬液调整pH值至10.5；
（2）将质量分数为10%的磷酸二氢钠溶液按1:10体积比添加到上述得到的氧化石墨烯悬浮液中，得氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液；
（3）将玉米秸秆粉料与所述步骤（2）中得到的氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液混合，水浴加热至85℃，然后添加玉米秸秆粉料质量0.1%的交联剂，以2000r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得，所述玉米秸秆粉料与氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液混合比例为85g：300mL。
进一步的，所述炭化料制备方法为：
(1)改性
将南荻茎秆粉碎至90目，得到南荻茎秆粉，将南荻茎秆粉在质量分数为3.5％的强氧化性酸溶液中浸泡2.5小时后，南荻茎秆粉与硝酸溶液混合比例为120g：400mL，然后向硝酸溶液中添加其质量1.2%的乙酸钾，以200r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用清水洗涤至中性，真空干燥，得到改性南荻茎秆粉；
(2)制备
将改性南荻茎秆粉加入到炭化炉中，在惰性气氛气氛下，加热至600℃，保持3.5小时，得到生物质炭。
进一步的，所述强氧化性酸溶液为硝酸溶液。
进一步的，所述真空干燥温度为55℃。
进一步的，所述真空干燥时间为40min。
进一步的，所述惰性气体为氮气、氦气、氖气中任一种。
实施例2
一种燃烧特性好的生物质炭燃料，由南荻茎秆经过粉碎炭化得到的炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合后，添加到生物质成型机中压制而成。
进一步的，所述炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合质量比为1.6:3.2；
进一步的，所述氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料制备方法为：
（1）将氧化石墨烯均匀分散到去离子水中，配制成质量分数为3.2%的氧化石墨烯悬浮液，调节氧化石墨烯悬液调整pH值至10.5；
（2）将质量分数为10%的磷酸二氢钠溶液按1:10体积比添加到上述得到的氧化石墨烯悬浮液中，得氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液；
（3）将玉米秸秆粉料与所述步骤（2）中得到的氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液混合，水浴加热至85℃，然后添加玉米秸秆粉料质量0.1%的交联剂，以2000r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得，所述玉米秸秆粉料与氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液混合比例为90g：300mL。
进一步的，所述炭化料制备方法为：
(1)改性
将南荻茎秆粉碎至90目，得到南荻茎秆粉，将南荻茎秆粉在质量分数为4％的强氧化性酸溶液中浸泡2.5小时后，南荻茎秆粉与硝酸溶液混合比例为130g：400mL，然后向硝酸溶液中添加其质量1.2%的乙酸钾，以200r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用清水洗涤至中性，真空干燥，得到改性南荻茎秆粉；
(2)制备
将改性南荻茎秆粉加入到炭化炉中，在惰性气氛气氛下，加热至650℃，保持3.5小时，得到生物质炭。
进一步的，所述强氧化性酸溶液为硝酸溶液。
进一步的，所述真空干燥温度为55℃。
进一步的，所述真空干燥时间为40min。
进一步的，所述惰性气体为氮气、氦气、氖气中任一种。
实施例3
一种燃烧特性好的生物质炭燃料，由南荻茎秆经过粉碎炭化得到的炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合后，添加到生物质成型机中压制而成。
进一步的，所述炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合质量比为1.5:3.2；
进一步的，所述氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料制备方法为：
（1）将氧化石墨烯均匀分散到去离子水中，配制成质量分数为3.2%的氧化石墨烯悬浮液，调节氧化石墨烯悬液调整pH值至10.5；
（2）将质量分数为10%的磷酸二氢钠溶液按1:10体积比添加到上述得到的氧化石墨烯悬浮液中，得氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液；
（3）将玉米秸秆粉料与所述步骤（2）中得到的氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液混合，水浴加热至85℃，然后添加玉米秸秆粉料质量0.1%的交联剂，以2000r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得，所述玉米秸秆粉料与氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液混合比例为88g：300mL。
进一步的，所述炭化料制备方法为：
(1)改性
将南荻茎秆粉碎至90目，得到南荻茎秆粉，将南荻茎秆粉在质量分数为3.5-4％的强氧化性酸溶液中浸泡2.5小时后，南荻茎秆粉与硝酸溶液混合比例为120-130g：400mL，然后向硝酸溶液中添加其质量1.2%的乙酸钾，以200r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用清水洗涤至中性，真空干燥，得到改性南荻茎秆粉；
(2)制备
将改性南荻茎秆粉加入到炭化炉中，在惰性气氛气氛下，加热至620℃，保持3.5小时，得到生物质炭。
进一步的，所述强氧化性酸溶液为硝酸溶液。
进一步的，所述真空干燥温度为55℃。
进一步的，所述真空干燥时间为40min。
进一步的，所述惰性气体为氮气、氦气、氖气中任一种。
对比例1：与实施例1区别仅在于不添加南荻茎秆炭化料。
对比例2：与实施例1区别仅在于南荻茎秆炭化料制备时不经过步骤（1）处理。
对比例3：与实施例1区别仅在于南荻茎秆炭化料与玉米秸秆粉料质量比为1:1。
对比例4：与实施例1区别仅在于不对玉米秸秆粉料进行改性处理。
采用德国NETZSCH仪器公司的 STA449F3同步热分析仪(ThermogravimetricAnalyzer)检测燃烧特性（检测标准木炭燃烧特性指数为1.46）：
对实施例与对比例等量的相同规格的生物质燃料进行试验检测：
表1
由表1可以看出，本发明制备的生物质炭燃料综合燃烧特性指数高于木炭，表明本发明制备的生物质炭燃料具有更好的燃烧特性。
发热量测定
生物质燃料的发热量在氧弹热量计进行测定，把试样放入氧弹热量计中，使其在充有过量氧气的氧弹内燃烧，热量计的热容量通过相近条件下燃烧一定量的基准量热物苯甲酸来确定，根据试样燃烧前后量热***产生的温升，并对点火热等附加热进行校正后即可求得试样的弹桶发热量，从弹桶发热量中扣除硝酸形成热和硫酸校正热后即可求得高位发热量(即热值)；
对实施例与对比例等量的相同规格的生物质燃料进行试验检测：
表2
由表2可以看出，本发明制备的生物质燃料能够产生更高的热值，显著的提高了资源的利用率，本发明通过对南荻茎秆的改性处理，能够大幅度的提高了制成的生物质燃料的燃烧热值。
Claims (8)
1.一种燃烧特性好的生物质炭燃料，其特征在于，由南荻茎秆经过粉碎炭化得到的炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合后，添加到生物质成型机中压制而成。
2.根据权利要求1所述的一种燃烧特性好的生物质炭燃料，其特征在于，所述炭化料与氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料混合质量比为1.3-1.6:3.2。
3.根据权利要求1所述的一种燃烧特性好的生物质炭燃料，其特征在于，所述氧化石墨烯改性玉米秸秆粉料制备方法为：
（1）将氧化石墨烯均匀分散到去离子水中，配制成质量分数为3.2%的氧化石墨烯悬浮液，调节氧化石墨烯悬液调整pH值至10.5；
（2）将质量分数为10%的磷酸二氢钠溶液按1:10体积比添加到上述得到的氧化石墨烯悬浮液中，得氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液；
（3）将玉米秸秆粉料与所述步骤（2）中得到的氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液混合，水浴加热至85℃，然后添加玉米秸秆粉料质量0.1%的交联剂，以2000r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得，所述玉米秸秆粉料与氧化石墨烯-磷酸二氢钠悬浮液混合比例为85-90g：300mL。
4.根据权利要求1所述的一种燃烧特性好的生物质炭燃料，其特征在于，所述炭化料制备方法为：
(1)改性
将南荻茎秆粉碎至90目，得到南荻茎秆粉，将南荻茎秆粉在质量分数为3.5-4％的强氧化性酸溶液中浸泡2.5小时后，南荻茎秆粉与硝酸溶液混合比例为120-130g：400mL，然后向硝酸溶液中添加其质量1.2%的乙酸钾，以200r/min转速搅拌2小时，然后过滤，采用清水洗涤至中性，真空干燥，得到改性南荻茎秆粉；
(2)制备
将改性南荻茎秆粉加入到炭化炉中，在惰性气氛气氛下，加热至600-650℃，保持3.5小时，得到生物质炭。
5.根据权利要求4所述的一种燃烧特性好的生物质炭燃料，其特征在于，所述强氧化性酸溶液为硝酸溶液。
6.根据权利要求4所述的一种燃烧特性好的生物质炭燃料，其特征在于，所述真空干燥温度为55℃。
7.根据权利要求4所述的一种燃烧特性好的生物质炭燃料，其特征在于，所述真空干燥时间为40min。
8.根据权利要求4所述的一种燃烧特性好的生物质炭燃料，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氦气、氖气中任一种。
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