本发明涉及天然植物纤维综合利用技术领域，具体涉及一种在二氧化碳气氛下制备秸秆生物质炭的制备方法。
背景技术：
农作物秸秆富含有机碳，适宜将其用作制备生物质炭，既可以节约资源，又可以制备出用途广泛的生物质炭。生物质炭化学稳定性好，耐强酸强碱，能经受水浸、高温，具有孔隙结构发达、比表面积大、吸附性能好等优点，被广泛地应用于固碳减排、改良土壤与肥料增效、污水处理、烟气脱硫空气净化、催化剂等各个领域。
生物质炭与土壤混合，提高土壤的表面积给微生物提供了生长空间，提高主壤养分和水分持留也有利于微生物生长，这些微生物可通过矿化作用将有机氮转化为植物可利用或易蒸发的形态，或通过真菌菌丝系统来促进植物对p和mg等养分的吸收，另外生物质炭施入土壤中，依靠自身特殊的性质，通过物理、生物、化学等多种途径减少n、p的淋溶，对土壤氮磷淋溶具有优良的截留作用。
吸附法除磷是指磷在多孔或大比表面积的吸附剂表面通过软附、离子交换或表面沉淀等方式富集，优良的除磷吸附剂应该具备较大的比表面积和吸附容量、吸附速度快，吸附剂再生容易、性能稳定。
技术实现要素：
本发明提供一种在二氧化碳气氛下制备秸秆生物质炭的制备方法，制备工艺简单，原料易得生产成本低廉，制得的炭材料具有优良的物理、化学吸附性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种在二氧化碳气氛下制备秸秆生物质炭的制备方法，包括以下具体步骤：
（1）预处理：
将切割好的长度在1-3cm的农作物秸秆置于2wt%的naoh溶液中浸泡2-3小时，然后取出用蒸馏水洗涤至中性，除去秸秆表面的蜡质及其他附着的杂质，置于70-85℃的烘箱内干燥，粉碎并过100目筛，保存于干燥器中，备用；
（2）初步碳化处理：
将经过上述预处理后的农作物秸秆放入管式炉中炭化，通入载气，经转子流量计调节气体流量，以3-6℃/min的速率升温至98-110℃，停留10-20分钟，确保管式炉内氧气排尽且生物质处于干燥状态，之后以6-10℃/min的加热速率升温至350-450℃，热解碳化40-65分钟；
（3）秸秆的活化处理：
达到热解时间后，停止加热，持续通入载气，待温度自然降至室温时，取出固体产物，放入10wt%的cacl2溶液中浸泡1-2天，之后过滤，滤饼置于100-108℃烘箱中干燥；
（4）热解活化：
将上述干燥后的秸秆置于管式炉中，通入载气，以3-6℃/min的速率升温至98-110℃，停留10-20分钟，然后以升温速率8-13℃/min，温度为600-800℃，在该温度下停留55-80分钟，之后在持续通入载气的同时停止加热，自然冷却后取出，产物用热水洗涤至中性，于98-108℃下干燥至恒重，即得活性炭。
其中，所述的农作物秸秆是指水稻秸秆、小麦秸秆、棉秸秆中的一种或一种以上的混合物。
其中，所述的载气是指氮气与二氧化碳的混合气体，两者的体积比为3-4:1。
其中，所述的气体流量为80-100ml/min。
其中，所述的步骤（3）中固体产物与cacl2溶液的固液比1:1-4。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明采用两步热解化学活化法制备秸秆生物质炭，使用氮气与二氧化碳的混合气体作为载气，在初步碳化处理的低温条件下，二氧化碳主要充当惰性气体，秸秆纤维炭的热分解反应占主导，之后在高温条件下，co2能与秸秆炭骨架反应，提高碳化速率，增强秸秆炭表面的孔隙结构，增大秸秆炭比表面积、容积率，提高碳材料的物理吸附性能。
（2）本发明中使用氯化钙作为活化剂，一方面可以作为催化剂提高生物炭转化率，解决二氧化碳作为载气与生物炭基体发生气化反应而降低生物炭产率的问题，另一方面在炭材料表面提供了更多的ca2+结合位点，提高磷酸根离子与活性基团的离子交换作用，与秸秆炭内的ca2+结合从而固定在炭材料上，秸秆炭的化学吸附效果显著。
具体实施方式
一种在二氧化碳气氛下制备秸秆生物质炭的制备方法，包括以下具体步骤：
（1）预处理：
将切割好的长度在1-3cm的农作物秸秆置于2wt%的naoh溶液中浸泡2小时，然后取出用蒸馏水洗涤至中性，除去秸秆表面的蜡质及其他附着的杂质，置于80℃的烘箱内干燥，粉碎并过100目筛，保存于干燥器中，备用；
（2）初步碳化处理：
将经过上述预处理后的农作物秸秆放入管式炉中炭化，通入载气，经转子流量计调节气体流量，以5℃/min的速率升温至105℃，停留15分钟，确保管式炉内氧气排尽且生物质处于干燥状态，之后以8℃/min的加热速率升温至400℃，热解碳化45分钟；
（3）秸秆的活化处理：
达到热解时间后，停止加热，持续通入载气，待温度自然降至室温时，取出固体产物，放入10wt%的cacl2溶液中浸泡2天，之后过滤，滤饼置于105℃烘箱中干燥；
（4）热解活化：
将上述干燥后的秸秆置于管式炉中，通入载气，以5℃/min的速率升温至100℃，停留15分钟，然后以升温速率10℃/min，温度为700℃，在该温度下停留70分钟，之后在持续通入载气的同时停止加热，自然冷却后取出，产物用热水洗涤至中性，于100℃下干燥至恒重，即得活性炭。
其中，所述的农作物秸秆是指水稻秸秆、小麦秸秆、棉秸秆中的一种或一种以上的混合物。
其中，所述的载气是指氮气与二氧化碳的混合气体，两者的体积比为3:1。
其中，所述的气体流量为80ml/min。
其中，所述的步骤（3）中固体产物与cacl2溶液的固液比1:3。