[01186135]一种以农林有机固体废物为原料湿法热裂解制备生物炭的方法

人们从南美洲亚马逊盆地中部黑土（Terra Preta de Indio）研究中,逐渐认识到生物炭作为二氧化碳俘获和碳封存剂的重要作用,使得生物炭成为全球科学研究和媒体关注的焦点。生物炭富含有机碳和较强吸水能力,作为肥料载体和保水剂施入土壤,可以显著增加土壤有机碳含量和土壤含水量;生物炭含有一定的矿质养分及本身的碱性特性,可以作为优良的土壤改良剂;生物炭具有微孔结构,较大比表面积,较强的离子交换与吸附能力,同时,材料表面拥有酚羟基、羰基、羧基、酸酐、内酯、苯环等多种化学官能团,可以增加对重金属、农药、除草剂等污染物的吸附,提高微生物活性,也可以用于污水处理,水质净化等,因此,生物炭在农业和环境科学领域越来越成为一种新型优质环境材料。生物炭的生产工艺及工艺参数决定或影响生物炭的特征或性质。目前,生物炭主要通过热裂解方式制备,高温热裂解比低温热裂解的生物炭具有较高的pH,灰分含量,生物学稳定性和含碳量,但高温热裂解保留原生物质中的碳要比低温热裂解要少。所以,在不同温度及升温速度下热裂解都可以产生生物炭,只是生物炭的产率、性质和特征有所不同,而慢速热裂解工艺的生物炭产率最大。目前,生物炭制备过程多采用慢速热裂解或多段控温热裂解技术,如专利201310643730.9和201410120785.6,但是,这些制备工艺的生物炭产率依旧较低。因此,开发一种以农林有机固体废物为原料,能够有较高生物炭产率和优良材料性能的制备方法,对于农林有机固体废物资源化利用具有重要意义。 本发明以农林有机固体废物为原料,采用湿法热裂解技术制备生物炭,制备的生物炭成品具有较高产率及优良材料性能。 本发明的技术方案如下： 一种以农林有机固体废物为原料湿法热裂解制备生物炭的方法,包括以下步骤： （1） 将农林有机固体废物原料清理泥沙等杂质后,去离子水清洗,自然风干,粉碎过60目筛; （2） 称取氯化锌试剂,溶解于去离子水中,配制成氯化锌溶液; （3） 将（1）制备好的原料与（2）配制的氯化锌溶液混合搅拌,使得原料完全浸入氯化锌溶液中,静置24h,然后用定量滤纸过滤,用吸水纸将原料表面水吸干。 （4） 取（3）中过滤好的原料,置于管式气氛炉中,以氮气为保护气,进行加热裂解。裂解过程为三阶段变速升温处理,第一阶段快速升温至200℃,第二阶段为亚慢速升温过程,温度升至350℃;第三阶段为慢速升温阶段,升至400℃后保温2h。 （5） 冷却至室温,将步骤（4）得到的固体物质过200目筛后,用去离子水反复冲洗,在烘箱中烘至恒重后取出即为生物炭成品,计算产率后放置干燥器中备用。 所述步骤（1）的农林有机固体废物为植物源农林有机固体废物。其中,植物源农林有机固体废物为玉米芯、小麦秸秆、木屑、核桃壳、竹子中的任意一种或多种。 所述步骤（2）的氯化锌为分析纯氯化锌,其配制氯化锌溶液浓度为0.20 mol/L。 所述步骤（3）中原料与氯化锌溶液的质量比为1：10,静置24h过滤后的原料含水率在45.23%-69.65%之间。 所述步骤（4）中氮气流速为0.1m3/h,第一阶段快速升温至200℃,然后保温10min,升温速率为50℃/min;第二阶段为亚慢速升温过程,升温速率为5℃/min,升温至350℃,保温1h;第三阶段慢速升温阶段,升温速率为1℃/min,温度升至400℃后保温2h。 所述步骤（5）中烘箱温度为65℃,其生物炭产率计算公式如下： 其中,m（烘干后的产物）指在烘箱中烘至恒重的生物炭质量,m（风干前的原料）指原料用去离子水洗净风干后的质量。 与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明制备原料来源广泛,制备工艺简单,对仪器、操作人员要求较低。 本发明制备的生物炭产率高,制备温度低,能耗较低。 本发明制备的生物炭具有碳固定作用,对于减少碳排放具有促进作用。 本发明制备的生物炭质地蓬松,孔隙度高,比表面积大,吸附性能优异。制备过程中产生的焦油、烟气等属于能源化工领域,可以增加生产附加值,降低生产成本。