一种生物碳的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料加工领域，具体涉及一种生物碳的制备方法。
【背景技术】
[0002] 最近，科学家将目光转向生物碳，萌发了创造"技术土壤"的构想，希望通过提高土 壤固有的有机碳储量，解决目前气候变化、能源以及食品和水资源危机。
[0003]近年来，随着全球气候变化，温室气体排放，耕地土壤退化，人类生存的环境和空 间日趋严峻，但是目前采取的措施大多是头疼医头脚疼医脚，自然生态系统的自我恢复循 环还是"卡壳"。
[0004]生物碳不仅可以大幅提高土壤肥力，在贫瘠的土壤上培育出肥沃的高碳库土壤， 最直接的效应就是明显提高农作物产量和品质，还可以间接地减少化肥、农药等化学品的 施用量。最关键是把碳有效地吸附固化在生物碳中间，减少了温室气体的排放，以及对石油 制品的依赖。目前已知一吨生物质可以固定〇. 726吨二氧化碳。
[0005]我国粮食连续9年实现大丰收，而这背后则是秸杆的大丰收。据国家发改委的统 计，目前我国农作物秸杆可收集量约为7亿吨。每到收获季节，作物秸杆堆积如山。
[0006]如果将这些秸杆、食用菌渣还田，无疑是增加土壤输入、遏制土壤退化、改善耕地 质量的有效措施。但是，由于我国现行的土地政策将生产单元分割的过小，不利于秸杆还田 机械的使用。迥异的气候条件也使秸杆还田适用范围受到限制，致使目前我国秸杆还田量 还不到1/3,被烧掉或废弃的量却超过50%。焚烧秸杆排放的大量温室气体和烟尘，导致空 气质量下降、诱发城市阴霾、影响航班起降等一系列环境问题。
[0007]但是现在生物碳加工时，碳化率不高，往往在40%以下，同时，现有技术的碳化温 度较高，能量损耗较大。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种生物碳的加工方法，通过对工艺的改进，可以降低碳化 处理的温度。
[0009]本发明通过以下技术方案实现： 一种生物碳的制备方法，包括以下步骤： (1) 、取植物秸杆破碎成粉末，将植物秸杆粉末在25-32°C下密封发酵2-3天，然后使 用质量分数2-4%的醋酸铵水溶液在常温下浸泡25-40min，压去植物秸杆粉末中的水分，然 后使用草酸、硝酸钠、单宁酸、水按重量比5:0. 4:2:3比例配制的混合液蒸煮，蒸煮温度为 116-138°C，蒸煮时间为25-40min，过滤，得到滤液和滤渣； (2) 、将滤渣使用清水洗涤，洗去秸杆粉末表面的浮酸； (3) 、将滤液进行蒸煮，去除里面的酸液及水分，将蒸煮得到的固体剩余物使用清水洗 涤，再次进行蒸煮，将得到的固体物与步骤（2)得到的滤渣合并，烘干； (4) 、将步骤（3)得到的固体物与碳粉按重量比100:1-3混合均匀，在氮气保护下使 用石英管在320-360°C下进行高温处理，处理时间为10-15min，在升温过程中，温度升至 280°C后，升温幅度为3°C/min; (5)、将上述处理好的原料与活性炭按重量比60:2的比例混合均匀，继续升温至 380-420°C进行碳化处理，并不断向石英管中鼓入氮气，使氮气在石英管内循环，制成生物 碳。
[0010] 步骤（5)中，在碳化处理3-5min后，使用挤压机对原料进行挤压，压强为 2-3. 5MPa，将原料压成块状。
[0011] 在步骤（4)处理完成后，使用质量分数为0. 5%的KMn04溶液将原料浸泡并使用超 声波震荡15min，然后使用质量分数2%的醋酸钾溶液浸泡20min，在氮气保护下烘干。
[0012] 一种使用上述方法生产的生物碳。
[0013] 本法明中的植物猜杆为树枝、大豆猜杆、玉米猜杆、小麦猜杆、稻草中的一种或者 多种以任意比例混合。使用单独的大豆秸杆碳化效果更好。
[0014] 本发明的有益效果：本发明通过在碳化处理前，将植物秸杆进行处理，使纤维素进 行分离活化，使植物纤维间的空隙增大，同时将植物秸杆中的低聚的糖类分离后再进行混 合，可以提升碳化的效率，降低碳化温度，还可以提升生物碳的空隙率；在碳化过程中向石 英管中鼓入氮气，可以使热量循环，并且使植物猜杆受热更均勾，热量利用率更尚。在加热 及碳化处理时，加入少量的碳粉，可以提升秸杆碳化的速度，有利于更成分的均匀分散，使 用本发明的方法生产生物碳植物秸杆的碳化率可达到64. 5%以上，同时使用本发明的方法 可以降低加工过程中的能耗10%左右。
[0015] 使用本发明的方法进行挤压生产的生物碳为块状，在碳化处理进行几分钟后进行 挤压，既不会减缓碳化的速度，又可以使挤压后的生物碳稳定性相对于生物碳制成后更高， 不松散，而且经过此方法处理的生物碳具有很高的吸附性能。使用此方法制备的生物碳的 比表面积达到2560m2/g，而且微孔率在93%以上。
[0016] 在制备步骤中使用高锰酸钾及醋酸钾进行处理后，可以使制成的生物碳具有极高 的对重金属铅的吸附性，对空气中的铅或者水中的铅吸收率达到98. 5%以上，相对于现有 的活性炭吸附能力更强，尤其对于重金属铅的吸收率有大幅提升。
【具体实施方式】
[0017] 实施例1 一种生物碳的制备方法，包括以下步骤： (1 )、取植物秸杆破碎成粉末，将植物秸杆粉末在30°C下密封发酵2天，然后使用质量 分数3%的醋酸铵水溶液在常温下浸泡25-40min，压去植物秸杆粉末中的水分，然后使用草 酸、硝酸钠、单宁酸、水按重量比5:0. 4:2:3比例配制的混合液蒸煮，蒸煮温度为122°C，蒸 煮时间为35min，过滤，得到滤液和滤渣； (2) 、将滤渣使用清水洗涤，洗去秸杆粉末表面的浮酸； (3) 、将滤液进行蒸煮，去除里面的酸液及水分，将蒸煮得到的固体剩余物使用清水洗 涤，再次进行蒸煮，将得到的固体物与步骤（2)得到的滤渣合并，烘干； (4) 、将步骤（3)得到的固体物与碳粉按重量比100:2混合均匀，优选地，固体物与碳 粉的重量比为100:1. 3,在氮气保护下使用石英管在330°C下进行高温处理，处理时间为 12min，在升温过程中，温度升至280°C后，升温幅度为3°C/min; (5)、将上述处理好的原料与活性炭按重量比60:2的比例混合均匀，继续升温至 380-420°C进行碳化处理，并不断向石英管中鼓入氮气，使氮气在石英管内循环，制成生物 碳。
[0018] 实施例2 步骤（5)中，在碳化处理3-5min后，使用挤压机对原料进行挤压，压强为2-3. 5MPa，将 原料压成块状。其他方法同实施例1。
[0019] 在（3)、（4)步骤中加入碳粉或活性炭，可以使其他原料的碳化更迅速。便于将原 料挤压成型，同时提升挤压后原料间结合的强度。
[0020] 实施例3 在步骤（4)处理完成后，使用质量分数为0. 5%的KMn0j§液将原料浸泡并使用超声波 震荡15min，然后使用质量分数2%的醋酸钾溶液浸泡20min，在氮气保护下烘干。其他方法 同实施例1。
[0021] 实施例4 在步骤（4)处理完成后，使用质量分数为0. 5%的KMn0j§液将原料浸泡并使用超声波 震荡15min，然后使用质量分数2%的醋酸钾溶液浸泡20min，在氮气保护下烘干。步骤（5) 中，在碳化处理3-5min后，使用挤压机对原料进行挤压，压强为2-3. 5MPa，将原料压成块 状。其他方法同实施例1。
[0022] 一种使用上述方法生产的生物碳。
[0023] 表1为使用各实施例方法制备的生物碳对污染物的吸收率：
表1 由表1可知，本发明方法制备的生物碳的吸附力相对于现有的活性炭有明显提升，尤 其对铅的吸收率明显提升。
【主权项】
1. 一种生物碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 、取植物秸杆破碎成粉末，将植物秸杆粉末在25-32°C下密封发酵2-3天，然后使 用质量分数2-4%的醋酸铵水溶液在常温下浸泡25-40min，压去植物秸杆粉末中的水分，然 后使用草酸、硝酸钠、单宁酸、水按重量比5:0. 4:2:3比例配制的混合液蒸煮，蒸煮温度为 116-138°C，蒸煮时间为25-40min，过滤，得到滤液和滤渣； (2) 、将滤渣使用清水洗涤，洗去秸杆粉末表面的浮酸； (3) 、将滤液进行蒸煮，去除里面的酸液及水分，将蒸煮得到的固体剩余物使用清水洗 涤，再次进行蒸煮，将得到的固体物与步骤（2)得到的滤渣合并，烘干； (4) 、将步骤（3)得到的固体物与碳粉按重量比100:1-3混合均匀，在氮气保护下使 用石英管在320-360°C下进行高温处理，处理时间为10_15min，在升温过程中，温度升至 280°C后，升温幅度为3°C /min ; (5) 、将上述处理好的原料与活性炭按重量比60:2的比例混合均匀，继续升温至 380-420°C进行碳化处理，并不断向石英管中鼓入氮气，使氮气在石英管内循环，制成生物 碳。2. 根据权利要求1所述的一种生物碳的制备方法，其特征在于：步骤（5)中，在碳化处 理3-5min后，使用挤压机对原料进行挤压，压强为2-3. 5MPa，将原料压成块状。3. 根据权利要求1或2所述的一种生物碳的制备方法，其特征在于：在步骤（4)处理完 成后，使用质量分数为〇. 5%的KMnO4溶液将原料浸泡并使用超声波震荡15min，然后使用质 量分数2%的醋酸钾溶液浸泡20min，在氮气保护下烘干。4. 一种使用权利要求1-3之一方法生产的生物碳。
【专利摘要】本发明涉及一种生物碳的制备方法，包括以下步骤：（1）、取植物秸秆破碎成粉末，发酵，然后使用醋酸铵水溶液在常温下浸泡，然后使用草酸、硝酸钠、单宁酸、水配制的混合液蒸煮；（2）、将滤渣使用清水洗涤，洗去秸秆粉末表面的浮酸；（3）、将滤液进行蒸煮；（4）、将步骤（3）得到的固体物与碳粉按重量比100:1-3混合均匀，进行高温处理；（5）、将上述处理好的原料与活性炭按重量比60:2的比例混合均匀，进行碳化处理，并不断向石英管中鼓入氮气，使氮气在石英管内循环，制成生物碳。使用本发明的方法生产生物碳植物秸秆的碳化率可达到64.5%以上，同时使用本发明的方法可以降低加工过程中的能耗10%左右。
【IPC分类】C05F11/00
【公开号】CN105130518
【申请号】CN201510403353
【发明人】王培武
【申请人】全椒盛源生物质能源有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月11日