一种荒漠植物生物质炭及其制备方法和应用与流程

本发明涉及生物质炭，具体涉及一种荒漠植物生物质炭及其制备方法和应用。

背景技术：

1、生物质是指通过光合作用产生的各种有机体，是可再生资源，最具代表性的包括农作物秸秆、稻壳、锯末以及各种植物的外壳等，拥有来源广泛、可再生和低污染等特性。

2、生物质炭是生物质热解后的固体产物，在最佳温度下加热生物质原料特定的时间。生物炭材料具有活性炭的优点，如表面积大、孔隙率高、灰分含量低和表面活性高，使其成为一种有效的吸附工具。生物质炭中可用的这些特性使其成为适用于各种应用的有效且合适的工具，例如电化学、环境和土壤修复以及废水处理。

3、生物质材料炭化后生成的生物炭具有良好的电化学性能、发达的孔隙结构、较大的比表面积等特性，在储能和吸附领域应用较广，例如椰壳、稻谷壳、核桃壳、木材等制备的生物质炭，常用于超级电容器电极材料的制备和废水处理。在生物质材料炭化过程中，生物质的种类、炭化温度、预处理等对炭化产物的结构、形态、性质等有较大影响，进而影响生物质炭的应用。基于生物质炭所呈现的活性高、比表面积大、可炭化成碳纳米管等优良特性，其在含碳耐火材料领域具有较好应用前景。

4、荒漠植物是沙漠地区的重要植物资源，集防风固沙、水土保持、优良牧草集中药材等用途于一身，在位置干旱荒漠地区生态平衡、促进干旱地区生态建设和经济发展等方面发挥着极其重要的作用。然而，对着全球气候变化和人类活动等因素的不断干扰，荒漠化蔓延速度快速增加，已使这些重要资源植物逐渐退化和死亡。而这些死亡的荒漠植物大多被遗弃在沙漠中被浪费掉，所以，为了提高资源的利用率，用这种被遗弃的荒漠植物作为原料制备生物质炭材料，使这些荒漠植物重现焕发生机。

5、因此，提供一种荒漠植物生物质炭的制备方法成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种荒漠植物生物质炭及其制备方法和应用，具体包括以下步骤：

2、步骤一，预处理

3、采集荒漠植物，用去离子水将荒漠植物表面清洗干净，然后放入烘干箱中烘干至恒重；

4、优选的，所述荒漠植物包括沙枣、白杨、白刺、梭梭中的一种或多种；所述烘干温度为80-90℃；

5、步骤二，脱木质素处理

6、将烘干后的荒漠植物放入水中，按比例加入cao，高温蒸煮一段时间后取出，将软化后的荒漠植物晾干，然后放入粉碎机中粉碎，粉碎后过筛，得植物粉末；

7、优选的，荒漠植物、cao和水的质量比为(1-2):(5-7):(70-90)；蒸煮温度为95-100℃，蒸煮时间为12-24h；过60-80目筛；

8、用石灰水蒸煮荒漠植物可以有效脱除木质素、软化植物，还可以达到消毒杀菌的技术效果；

9、步骤三，碳化处理

10、将植物粉末放入碳化炉中碳化处理，升温前向碳化炉中通入惰性气体去除碳化炉中的空气，然后以恒定的升温速率将温度升至目标温度，碳化过程中持续通入惰性气体，一段时间后取出，得碳化粉末；

11、优选的，所述碳化炉为管式炉；所述惰性气体为氮气；所述升温速率为10-15℃/min，所述目标温度为600-700℃，碳化时间2-3h；

12、步骤四，活化处理

13、将碳化粉末在高温蒸汽下活化，活化结束后，将碳化粉末按比例与活化剂混合后热处理，热处理结束后，用去离子水洗涤至中性，然后晾干表面水分，得初品；

14、优选的，碳化粉末与活化剂的质量比为(1-2):(2-4)；

15、优选的，所述活化剂以水为基础加入h2so4、hcl、zncl2，使h2so4、hcl、zncl2在水中的浓度分别为(1-2)mol/l、(0.5-1)mol/l、(1-3)mol/l；蒸汽温度为110-130℃，活化时间为1-2h；热处理温度为500-700℃，热处理时间为2-3h；

16、用活化剂处理属于化学活化法，其具有活化温度低、活化时间短、活化反应容易控制、孔隙结构更加发达、比较大的比表面积等优点，但同时也具有对设备腐蚀大、污染环境等缺点；而高温蒸汽属于活化物理活化法，其工艺条件简单，对设备的材质的要求不高，不存在设备腐蚀和污染环境的问题，因此，在活化过程中两者结合可以有效弥补化学活化法的缺陷；

17、荒漠植物体内富含碱金属离子，酸性活化剂能够去除生物质中的碱金属离子，进一步增加生物质的孔径，并且，酸类活化剂相比于碱性活化剂处理生物质炭，具有活化温度低、孔结构丰富的优点，并且污染较小、有利于废水和废气的处理；

18、步骤五，改性处理

19、将初品与改性剂按比例混合后浸泡一段时间，浸泡结束后取出，用去离子水洗涤至中性，然后在水浴条件下超声处理一段时间，取出后晾干表面水分，得生物质碳粉。

20、优选的，所述初品和改性剂的比例为(1-3):(1-2)；浸泡时间为1-1.5h；水浴温度为85-95℃，超声处理时间为0.5-1.5h，超声波频率20-25khz。

21、优选的，所述改性剂以水为基础加入naoh和na2co3，使naoh和na2co3在水中的浓度分别为(1-1.5)mol/l、(1-2)mol/l；

22、改性生物质炭对各种污染物都有优良的性能，不同的改性措施可使其对某些特定物质具有更强的吸附作用；因此，本发明采用超声处理以及改性剂处理，结合物理与化学双重手段对生物质炭进行改性，可以有效提高生物质炭的性能；

23、本发明有以下优点：

24、(1)本发明用物理手段结合化学手段对荒漠植物进行活化，有效弥补了化学活化法对设备腐蚀大、环境污染的问题和物理活化法活化时间长、耗能高和孔隙结构小的问题；

25、(2)本发明可以有效避免碱金属类活化剂反应激烈、活化温度高，活化成本高，且容易腐蚀设备、污染环境的问题；酸类活化剂具有活化温度低、孔结构丰富的优点，并且污染较小、有利于废水和废气的处理，此外，酸处理能够去除生物质中的碱金属离子，进一步增加生物质的孔径；

26、(3)本发明有机结合物理和化学改性手段，有效改善生物质炭的性能；

27、(4)本发明在活化处理和改性处理的工艺上，有机结合了物理手段和化学手段，优势互补、相互协同作用，使工艺简化、操作简便，制备出具有优良性能的生物质炭；

28、(5)本发明制备的生物质材料可以应用于催化、电化学、有机和无机污染物的去除、农土壤修复和能源生产等方面。

技术特征：

1.一种荒漠植物生物质炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种荒漠植物生物质炭的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述荒漠植物包括沙枣、白杨、白刺、梭梭中的一种或多种；所述烘干温度为80-90℃。

3.根据权利要求1所述的一种荒漠植物生物质炭的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，荒漠植物、cao和水的质量比为(1-2):(5-7):(70-90)；蒸煮温度为95-100℃，蒸煮时间为12-24h；过60-80目筛。

4.根据权利要求1所述的一种荒漠植物生物质炭的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，所述碳化炉为管式炉；所述惰性气体为氮气；所述升温速率为10-15℃/min，所述目标温度为600-700℃，碳化时间2-3h。

5.根据权利要求1所述的一种荒漠植物生物质炭的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，碳化粉末与活化剂的质量比为(1-2):(2-4)。

6.根据权利要求1所述的一种荒漠植物生物质炭的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，所述活化剂以水为基础加入h2so4、hcl、zncl2，使h2so4、hcl、zncl2在水中的浓度分别为(1-2)mol/l、(0.5-1)mol/l、(1-3)mol/l；

7.根据权利要求1所述的一种荒漠植物生物质炭的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述初品和改性剂的比例为(1-3):(1-2)；浸泡时间为1-1.5h；水浴温度为85-95℃，超声处理时间为0.5-1.5h，超声波频率20-25khz。

8.根据权利要求1所述的一种荒漠植物生物质炭的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述改性剂以水为基础加入naoh和na2co3，使naoh和na2co3在水中的浓度分别为(1-1.5)mol/l、(1-2)mol/l。

9.权利要求1-8任一项所述方法制备的荒漠植物生物质炭。

10.权利要求1-9任一项所述方法制备的荒漠植物生物质炭的应用，其特征在于，应用于吸附场景。

技术总结
本发明提供了一种荒漠植物生物质炭及其制备方法和应用，具体包括：步骤一，采集荒漠植物，在高温下烘干至恒重；步骤二，将荒漠植物与氧化钙按比例放入水中，高温蒸煮一段时间后取出，干燥后粉碎过筛；步骤三，管式炉碳化处理；步骤四，用高温蒸汽结合硫酸、盐酸、氯化锌混合溶液浸泡进行活化；步骤五，用氢氧化钠和碳酸钠混合溶液洗涤至中性，然后在水浴条件下进行超声处理，可以改善吸附性能；本发明用酸性活性剂可以有效去除荒漠植物中的碱金属离子，并且物理活化法和化学活化法相结合处理，有效结合两者的优点；本发明在获得生物质炭后继续进行改性处理，有效改善生物质炭的吸附性能。

技术研发人员：马玉莲,李娟,纪永福,唐进年,李昌龙
受保护的技术使用者：甘肃省治沙研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19