本发明属于农业固废资源化利用领域，具体涉及一种常压水热制备蔗渣生物炭的方法。
背景技术：
甘蔗制糖的生产过程中会产生大量的固体废弃物即蔗渣。蔗渣中含有丰富的纤维素，因而以蔗渣为原料，将其用于植物生物炭的制备，既可以实现固废的回收再利用，还能带来巨大的经济效益，但目前尚未见有利用蔗渣采用常压水热法制备生物炭的相关报导。
生物炭是由生物质在氧气受限的环境中的热解获得的包含至少60％碳的固体材料。生物炭常被用于土壤改良、水源净化、固碳减排和重金属吸附等。通过生物质的水热液化可获得含炭量高的水热液化生物炭。水热法工艺简单，但制备的产品质量波动大，且生产需高压操作，能耗大，成本高，效率低。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种常压水热制备蔗渣生物炭的方法，该方法得到的生物炭颗粒规整、c含量高、o含量低，同时达到以废治废的目的，并开拓了蔗渣资源化利用的新途径。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种常压水热制备蔗渣生物炭的方法，包括如下操作步骤：
(1)将蔗渣粉碎成粉末，然后在蔗渣粉末中加水配制成质量百分比浓度为3～5％的浆料；
(2)向步骤(1)制得的浆料中加入高沸点共溶剂，得到悬浮液；所述高沸点共溶剂由碱溶液a和高沸点的水溶性有机溶剂b按重量比为1:1复配而成，高沸点共溶剂的加入量为蔗渣粉末重量的10—50倍；
(3)将步骤(2)配制好的悬浮液加入反应釜中，搅拌并按10—15ml/min的流速持续通入惰性气体，并加热至微沸状态，于90～150℃下恒温热解5—20小时，搅拌速度为50转/分钟；
(4)反应结束后将溶液减压抽滤，冷却后用水洗涤5次，将洗涤后的粉末在90℃下完全烘干，得到蔗渣生物炭。
步骤(1)中，所述蔗渣粉碎前，先将蔗渣经80℃烘干，使其含水率低于20％，然后将烘干的蔗渣截成1～2cm长的小段，再用球磨粉碎机粉碎过200目筛，获得粒径小于200目的蔗渣粉末。
步骤(2)中，高沸点共溶剂的加入量优选为蔗渣粉末重量的10—30倍。
步骤(2)中，所述碱溶液a为koh溶液，或naoh溶液；所述高沸点的水溶性有机溶剂b为乙二醇，或丙二醇，或丁二醇。
步骤(3)中，所述惰性气体为氮气或氦气。
步骤(3)中，恒温热解的优选温度为100～110℃，时间为6-12小时。
本发明的反应原理如下：
本发明采用常压水热法制备蔗渣生物炭的工艺中，蔗渣在水热处理时，首先发生木素脱除，进而在高沸点共溶剂的作用下发生热解。蔗渣在液态水包围的环境中发生热解，相对静止的热解环境有利于获得颗粒规整的生物炭，而常规水热法工艺中，当在100℃以上进行升温和保温操作时，釜内的悬浮液会始终处于沸腾状态，气泡不间断地由悬浮液底部向液面翻腾，形成一个极具变化的混沌状态，极大的干扰生物炭形成的规整性。为了克服上述缺点，本发明采用的高沸点共溶剂法可有效降低热解温度，从而常压水热条件即可有效制备颗粒规整的蔗渣生物炭。
本发明方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)与常规水热法相比，反应条件温和，常压下即可进行；
(2)本发明方法制备得到的蔗渣生物炭颗粒规整，元素分析结果显示c含量高于60％，o含量低于15％；
(3)本发明以农业废弃物蔗渣为原料，以废制废，有利于环保；
(4)本发明回收利用农业固废，工艺简单、效率高，产品质量优异。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
实施例1
本发明的一种常压水热制备蔗渣生物炭的方法，具体步骤如下：
(1)采用的蔗渣为甘蔗制糖的生产过程中产生的大量蔗渣，经80℃烘干，使其含水率低于20％，然后将烘干的蔗渣截成1～2cm长的小段，再用球磨粉碎机粉碎过200目筛，获得粒径小于200目的蔗渣粉末，将蔗渣粉末加水配制成质量百分比浓度为5％的浆料。
(2)向步骤(1)制得的浆料中加入高沸点共溶剂，得到悬浮液；所述高沸点共溶剂由碱溶液a和高沸点的水溶性有机溶剂b按重量比为1:1复配而成，碱溶液a为koh，高沸点水溶性有机溶剂b为乙二醇，高沸点共溶剂的加入量为蔗渣粉末重量的10倍。
(3)将步骤(2)配制好的悬浮液加入反应釜中，搅拌并按15ml/min的流速持续通入惰性气体，惰性气体为氮气，加热至微沸状态，于100℃温度下恒温热解6小时，搅拌速度为50转/分钟。
(4)反应结束后将溶液减压抽滤，冷却后用水洗涤5次，将洗涤后的粉末在90℃下完全烘干，得到粒径均匀，约15～25mm的生物炭颗粒，元素分析结果显示c含量为66％，o含量为10％。
实施例2
本发明的一种常压水热制备蔗渣生物炭的方法，具体步骤如下：
(1)采用的蔗渣为甘蔗制糖的生产过程中产生的大量蔗渣，经80℃烘干，使其含水率低于10％，然后将烘干的蔗渣截成1～2cm长的小段，再用球磨粉碎机粉碎过200目筛，获得粒径小于200目的蔗渣粉末，将蔗渣粉末加水配制成质量百分比浓度为3％的浆料。
(2)向步骤(1)制得的浆料中加入高沸点共溶剂，得到悬浮液，所述高沸点共溶剂由碱溶液a和高沸点的水溶性有机溶剂b按重量比为1:1复配而成，碱溶液a为koh，高沸点水溶性有机溶剂b为丙二醇，高沸点共溶剂加入量为蔗渣重量的30倍。
(3)将步骤(2)配制好的悬浮液加入反应釜中，搅拌并按10ml/min的流速持续通入惰性气体，惰性气体为氦气，加热至微沸状态，于110℃温度下恒温热解12小时，搅拌速度为50转/分钟。
(4)反应结束后将溶液减压抽滤，冷却后用水洗涤5次，将洗涤后的粉末在90℃下完全烘干，得到粒径均匀，约15～20mm的生物炭颗粒，元素分析结果显示c含量为68％，o含量为10％。