CN110982568A - 一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，属于生物能源领域，其技术方案要点如下，一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，包括核层和包覆于核层之外的壳层；按照重量份数计算，核层包括如下组分：碱性剂5~10份，瓜尔豆胶20~30份和四硼酸钠10~15份；壳层包括如下组分：秸秆20~40份，树皮10~20份，木屑10~20份和聚乙烯蜡5~10份。本发明提供的可降解核壳结构生物质燃料颗粒，通过核壳结构，将碱性剂包覆于燃烧物中间，当燃烧物在外部燃烧时，一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有毒有害气体通过颗粒孔隙分散到颗粒的核层，被碱性剂吸收，达到清洁环保的目的。

Description

一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物能源领域，特别涉及一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒及其制备方法。
背景技术
随着能源需求量逐渐增加，自然资源是有限的，特别是煤炭和石油的开采，在无节制的大规模开采下，自然资源最终会枯竭，寻找一种可再生的环保型清洁能源迫在眉睫。
生物质燃料是将生物质材料燃烧作为燃料，一般主要是农林废弃物(如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等)，主要区别于化石燃料。在目前的国家政策和环保标准中，直接燃烧生物质属于高污染燃料，不允许在城市中使用。生物质燃料的应用，实际主要是生物质成型燃料，是将农林废物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压烘干等工艺，制成各种成型的，可直接燃烧的一种新型清洁燃料。而对于生物质燃料的研究，已有不少成果，但是现有生物质燃料为了运输的方便，主要通过挤压成型为密度较大的颗粒。密度较大的颗粒在燃烧过程中，二氧化碳、二氧化硫以及氮氧化物的排放不能及时被吸收，对空气造成污染。
鉴于上述问题，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒及其制备方法，使其更具有实用性。
发明内容
本发明的目的是提供一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒及其制备方法，清洁环保，具有产业价值。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，包括核层和包覆于核层之外的壳层；按照重量份数计算，核层包括如下组分：碱性剂5～10份，瓜尔豆胶20～30份和四硼酸钠10～15份；壳层包括如下组分：秸秆20～40份，树皮10～20份，木屑10～20份和聚乙烯蜡5～10份。
进一步的，一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，按照重量份数计算，核层的组分中还包括聚乳酸10～20份。
进一步的，一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，按照重量份数计算，核层的组分还包括豆渣10～15份。
进一步的，一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，按照重量份数计算，壳层的组分还包括聚羟基脂肪酸10～15份。
进一步的，一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，豆渣中含有绿豆渣。
进一步的，一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，添加剂是Na2CO3、NaHCO3、CaCO3或Ca(HCO3)2中的任意一种或几种的混合物。
进一步的，一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，颗粒为棒状、板状或球状中的任意一种。
进一步的，一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，颗粒直径为15～20mm。
作为一种优选方案，一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.常温下，将碱性剂和瓜尔豆胶溶于水中，搅拌均匀，加入四硼酸钠，继续搅拌直到得到凝胶，冷冻干燥后得到凝胶小球；
S2.将秸秆、树皮和木屑烘干并过70～300目筛；
S3.将烘干过筛后的秸秆、树皮、木屑和聚乙烯蜡粉末混合搅拌均匀；
S4.将S3中的混合粉末溶于水中，再加入S1的凝胶小球，搅拌均匀，使每一个凝胶小球外都均匀包覆S3的混合粉末；
S5.冷冻烘干。
进一步的，一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒的制备方法，凝胶小球的粒径为400～600μm。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的可降解核壳结构生物质燃料颗粒，通过核壳结构，将碱性剂包覆于燃烧物中间，当燃烧物在外部燃烧时，一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有毒有害气体通过颗粒孔隙分散到颗粒的核层，被碱性剂吸收，即使核层完全燃烧后，一氧化碳会随着核层的燃烧物质一起燃烧，二氧化硫和氮氧化物被核层的碱性剂以及聚乳酸等物质吸收，形成盐，避免排放到大气中，达到清洁环保的目的。
具体实施方式
实施例1：一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，包括核层和包覆于核层之外的壳层；按照重量份数计算，核层包括如下组分：碱性剂5份，瓜尔豆胶20份和四硼酸钠10份；壳层包括如下组分：秸秆20份，树皮10份，木屑10份和聚乙烯蜡5份。
一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.常温下，将碱性剂5份和瓜尔豆胶20份溶于水中，搅拌均匀，加入和四硼酸钠10份，继续搅拌直到得到凝胶，冷冻干燥后得到凝胶小球；凝胶小球的粒径为400～600μm；
S2.将秸秆20份，树皮10份和木屑10份烘干并过70～300目筛；
S3.将烘干过筛后的秸秆20份，树皮10份和木屑10份和5份聚乙烯蜡粉末混合搅拌均匀；
S4.将S3中的混合粉末溶于水中，再加入S1的凝胶小球，搅拌均匀，使每一个凝胶小球外都均匀包覆S3的混合粉末；
S5.冷冻烘干。
本实施例中，瓜尔豆胶溶于水后粘度增大，加入四硼酸钠后形成凝胶；将凝胶制成小球后，再次溶于水，凝胶小球表面粘度增大，将木屑、秸秆、树皮以及聚乙烯蜡的粉末吸附在表面，冷冻烘干后即可得到可降解核壳结构生物质燃料颗粒。其中，聚乙烯蜡的加入在提高颗粒燃烧热值的同时，也提高了木屑、秸秆和树皮与凝胶小球之间的粘结力，从而降低颗粒的破碎率。本实施例中颗粒为直径15～20mm的球状颗粒，破碎率是1.5％。而凝胶烘干后，会形成孔隙，使颗粒能够在充足的氧气下燃烧，解决了生物质燃烧颗粒不易完全燃烧的问题。
实施例2：一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，包括核层和包覆于核层之外的壳层；按照重量份数计算，核层包括如下组分：Na2CO3 10份，瓜尔豆胶30份，四硼酸钠15份，聚乳酸10份；壳层包括如下组分：秸秆40份，树皮20份，木屑20份和聚乙烯蜡10份，聚乳酸10份。
一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.常温下，将Na2CO3 10份、瓜尔豆胶30份和聚乳酸10份溶于水中，搅拌均匀，加入四硼酸钠15份，继续搅拌直到得到凝胶，冷冻干燥后得到凝胶小球；凝胶小球的粒径为400～600μm；
S2.将秸秆40份，树皮20份，木屑20份烘干并过70～300目筛；
S3.将烘干过筛后的秸秆40份，树皮20份，木屑20份和10份聚乙烯蜡粉末混合搅拌均匀；
S4.将S3中的混合粉末溶于水中，再加入S1的凝胶小球，搅拌均匀，使每一个凝胶小球外都均匀包覆S3的混合粉末；
S5.冷冻烘干。
本实施例在实施例1的基础上增加了聚乳酸，聚乳酸不溶于水，在形成凝胶的过程中裹附在凝胶中；与碱性剂形成协同作用，进一步吸收燃烧生成的二氧化硫和氮氧化物，且聚乳酸具有可降解性，当聚乳酸降解后，凝胶瓦解，使得生物质燃料颗粒再次分散为粉末，解决了生物质燃烧颗粒二次成型困难的问题。本实施例中的生物质可燃颗粒为直径15～20mm的板状状颗粒，破碎率为1.0％。
实施例3：一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，包括核层和包覆于核层之外的壳层；按照重量份数计算，核层包括如下组分：NaHCO3 8份，瓜尔豆胶25份，四硼酸钠12份，聚乳酸10份，豆渣10份；壳层包括如下组分：秸秆20份，树皮10份，木屑10份和聚乙烯蜡5份。
一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.常温下，将NaHCO3 12份、瓜尔豆胶25份，聚乳酸10份和豆渣10份溶于水中，搅拌均匀，加入四硼酸钠12份，继续搅拌直到得到凝胶，冷冻干燥后得到凝胶小球；凝胶小球的粒径为400～600μm；
S2.将秸秆20份，树皮10份和木屑10份烘干并过70～300目筛；
S3.将烘干过筛后的秸秆20份，树皮10份和木屑10份和5份聚乙烯蜡粉末混合搅拌均匀；
S4.将S3中的混合粉末溶于水中，再加入S1的凝胶小球，搅拌均匀，使每一个凝胶小球外都均匀包覆S3的混合粉末；
S5.冷冻烘干。
本实施例中，在核层组分中加入豆渣，豆渣呈弱碱性，协助碱性剂吸附二氧化硫、二氧化碳以及氮氧化物。本实施例中的生物质可燃颗粒为球状，直径为15～20mm，破碎率为1.0％左右。
实施例4：一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，包括核层和包覆于核层之外的壳层；按照重量份数计算，核层包括如下组分：CaCO3 9份，瓜尔豆胶27份，四硼酸钠12份，聚乳酸8份，豆渣15份；壳层包括如下组分：秸秆30份，树皮15份，木屑17份，聚乙烯蜡5份，聚羟基脂肪酸10份。
一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.常温下，将：CaCO3 9份，瓜尔豆胶27份，聚乳酸8份，豆渣15份溶于水中，搅拌均匀，加入四硼酸钠12份，继续搅拌直到得到凝胶，冷冻干燥后得到凝胶小球；凝胶小球的粒径为400～600μm；
S2.将秸秆30份，树皮15份，木屑17份烘干并过70～300目筛；
S3.将烘干过筛后的秸秆30份，树皮15份，木屑17份和5份聚乙烯蜡粉以及10份聚羟基脂肪酸末混合搅拌均匀；
S4.将S3中的混合粉末溶于水中，再加入S1的凝胶小球，搅拌均匀，使每一个凝胶小球外都均匀包覆S3的混合粉末；
S5.冷冻烘干。
本实施例中，在壳层组分中加入了聚羟基脂肪酸，进一步提高了生物质可燃颗粒的可降解性能，且聚羟基脂肪酸与聚乙烯蜡形成协同作用，共同提高秸秆、木屑和树皮与凝胶之间的粘结力，进一步降低生物质可燃颗粒的破碎率；本实施例中可燃颗粒的破碎率为0.7％左右。
实施例5：一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，包括核层和包覆于核层之外的壳层；按照重量份数计算，核层包括如下组分：Ca(HCO3)2 10份，瓜尔豆胶25份，四硼酸钠10份，聚乳酸9份，豆渣14份；壳层包括如下组分：秸秆25份，树皮20份，木屑15份，聚乙烯蜡8份，聚羟基脂肪酸10份。
一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.常温下，将：Ca(HCO3)2 10份，瓜尔豆胶25份，聚乳酸9份，含有50％绿豆渣的豆渣14份溶于水中，搅拌均匀，加入四硼酸钠10份，继续搅拌直到得到凝胶，冷冻干燥后得到凝胶小球；凝胶小球的粒径为400～600μm；
S2.将秸秆25份，树皮20份，木屑15份，烘干并过70～300目筛；
S3.将烘干过筛后的秸秆25份，树皮20份，木屑15份，和8份聚乙烯蜡粉以及10份聚羟基脂肪酸末混合搅拌均匀；
S4.将S3中的混合粉末溶于水中，再加入S1的凝胶小球，搅拌均匀，使每一个凝胶小球外都均匀包覆S3的混合粉末；
S5.冷冻烘干。
本实施例中，选择含有50％绿豆渣的豆渣作为原料，当绿豆渣遇到碱性剂时呈红色，当碱性剂吸收了二氧化硫等酸性气体后，碱性减弱，绿豆渣的红色逐渐变浅，当绿豆渣的红色不再变浅时，可判定为壳层燃烧物所释放出的酸性气体已经被完全吸收。本实施例中的生物质可燃颗粒为球状，直径为15～20mm，破碎率为0.7％左右。
性能测试结果：
Figure BDA0002346346700000081
Figure BDA0002346346700000091
通过上述测试可知，本发明提供的生物质可燃颗粒在各方面的性能测试均优于行业标准，并且热值和耐久度大幅提升，具有产业价值。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，其特征在于，包括核层和包覆于核层之外的壳层；按照重量份数计算，所述核层包括如下组分：碱性剂5~10份，瓜尔豆胶20~30份和四硼酸钠10~15份；所述壳层包括如下组分：秸秆20~40份，树皮10~20份，木屑10~20份和聚乙烯蜡5~10份。
2.根据权利要求1所述的一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，其特征在于，按照重量份数计算，所述核层的组分中还包括聚乳酸10~20份。
3.根据权利要求1或2所述的一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，其特征在于，按照重量份数计算，所述核层的组分还包括豆渣10~15份。
4.根据权利要求1或2所述的一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，其特征在于，按照重量份数计算，所述壳层的组分还包括聚羟基脂肪酸10~15份。
5.根据权利要求3所述的一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，其特征在于，所述豆渣中含有绿豆渣。
6.根据权利要求1所述的一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，其特征在于，所述添加剂是Na2CO3、NaHCO3、CaCO3或Ca（HCO3）2中的任意一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，其特征在于，所述颗粒为棒状、板状或球状中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒，其特征在于，所述颗粒直径为15~20mm。
9.一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1.常温下，将碱性剂和瓜尔豆胶溶于水中，搅拌均匀，加入四硼酸钠，继续搅拌直到得到凝胶，冷冻干燥后得到凝胶小球；
S2.将秸秆、树皮和木屑烘干并过70~300目筛；
S3.将烘干过筛后的秸秆、树皮、木屑和聚乙烯蜡粉末混合搅拌均匀；
S4.将S3中的混合粉末溶于水中，再加入S1的凝胶小球，搅拌均匀，使每一个凝胶小球外都均匀包覆S3的混合粉末；
S5.冷冻烘干。
10.根据权利要求9所述的一种可降解核壳结构生物质燃料颗粒的制备方法，其特征在于，所述凝胶小球的粒径为400~600μm。
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