一种沼渣基改性生物炭及其制备方法和应用与流程

本发明涉及生物质再利用，具体涉及一种沼渣基改性生物炭及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来畜牧业的持续发展，因畜禽粪便超负荷导致的环境污染问题逐渐加剧，畜禽废弃物的妥善处置引起越来越多的关注。畜禽粪便富含蛋白质、脂肪类、纤维素及半纤维素等成分，以及大量的氮、磷、钾和多种矿物元素，是一种天然资源，经过一定处理后可以加以利用，被认为在生产可再生能源上具有极大可能性。因此，开发畜禽粪便无害化处理和资源化利用技术对可持续发展至关重要。

2、厌氧消化技术是处理畜禽粪便的一种经济高效的方式，由于畜禽粪便是典型的有机固体废物，容易被微生物获取，厌氧消化技术不仅避免了粪便污染，而且获得了沼气清洁能源，在消化高含量的氮和磷等营养物质的同时实现了废物回收。因此，厌氧消化技术被认为在处理畜禽粪便上具有巨大潜力。然而传统的厌氧消化过程受到水解速度慢，甲烷生成效率低，高浓度氨氮抑制等因素的限制，导致能量回收效率较低。在实际应用中，保持活跃的产甲烷性能十分关键。

3、生物炭是一类拥有较大比表面积和良好孔隙结构的吸附性富碳材料，价格低廉，是常用碳载体材料之一。由于其独特的理化性质，常被用于厌氧消化过程，且已多次被证实可以改善体系性能，提高甲烷含量。生物炭复合材料不仅同时综合多种不同的物理化学特性，往往还具有更高的化学稳定性。此外，制备生物炭的原材料大多为农林业废弃物，能有效提高废物的资源化利用。同时，沼渣是厌氧消化后的副产物，其资源化和高值化利用可以带来明显的环境效益和社会效益，是目前重要的研究方向之一。因此，利用厌氧消化产生的沼渣制备生物炭，并对其进行改性，形成用于厌氧消化中改善体系性能的改性生物炭，形成循环产业，对于实现畜禽粪便此类复杂底物的高效处理和农业废弃物的资源化利用等方面都具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种沼渣基改性生物炭，可促进猪场粪水厌氧消化过程，显著强化产沼气效果，提高发酵液的稳定程度，促进有机酸的分解与转化，使厌氧消化效率得以提升。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种沼渣基改性生物炭的制备方法，包括如下步骤：使用碱溶液浸泡禽畜粪沼渣颗粒后烘干，再置于高温管式炉中炭化即可；所述炭化条件为以8～15℃/min的升温速率，升温至1000～1200℃恒温炭化1-3h。

4、优选地，所述炭化时以氮气作为保护气体，所述气体的流量为600～800ml/min。

5、优选地，所述碱溶液为8～15mol/l氢氧化钠溶液或8～15mol/l氢氧化钾溶液中的一种。

6、优选地，所述烘干条件为于80℃～120℃条件下烘干1～2h。

7、优选地，所述禽畜粪沼渣颗粒是将禽畜粪沼渣于90～100℃条件下烘干，粉碎过80～120目筛即得。

8、优选地，所述禽畜粪沼渣为猪粪沼渣、羊粪沼渣和牛粪沼渣中的一种或几种。

9、本发明提供了一种所述制备方法得到的沼渣基改性生物炭。

10、本发明提供了一种所述沼渣基改性生物炭在禽畜粪厌氧发酵中的应用。

11、优选地，所述禽畜粪为猪粪、牛粪或羊粪中的一种。

12、优选地，所述沼渣基改性生物炭的添加量为15～20g/l。

13、本发明对沼渣生物炭进行碱改性，可以去除生物炭表面酸性基团，增加生物炭表面有关吸附性能的官能团数量，使表面非极性增强，可以提高生物炭的比表面积和疏水性。本发明制备得到的碱改性沼渣生物炭与禽畜类粪便发生厌氧消化反应，在高负荷极易引起酸积累的情况下，能够增强反应体系的稳定性，体系的甲烷含量达到60％以上，累积产气量提高30％以上，厌氧消化效果达到理想情况。

技术特征：

1.一种沼渣基改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：使用碱溶液浸泡禽畜粪沼渣颗粒后烘干，再置于高温管式炉中炭化即可；所述炭化条件为以8～15℃/min的升温速率，升温至1000～1200℃恒温炭化1-3h。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述炭化时以氮气作为保护气体，所述气体的流量为600～800ml/min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为8～15mol/l氢氧化钠溶液或8～15mol/l氢氧化钾溶液。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烘干条件为80℃～120℃条件下烘干1～2h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述禽畜粪沼渣颗粒是将禽畜粪沼渣于90～100℃条件下烘干，粉碎过80～120目筛即得。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述禽畜粪沼渣为猪粪沼渣、羊粪沼渣和牛粪沼渣中的一种或几种。

7.权利要求1～6任意一项所述制备方法得到的沼渣基改性生物炭。

8.权利要求7所述沼渣基改性生物炭在禽畜粪厌氧发酵中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述禽畜粪为猪粪、牛粪或羊粪中的一种。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述沼渣基改性生物炭的添加量为15～20g/l。

技术总结
本发明提供了一种沼渣基改性生物炭及其制备方法和应用，涉及生物质再利用技术领域。本发明以禽畜粪沼渣作为原料，利用碱溶液对所述沼渣进行改性，得到碱改性沼渣生物炭。本发明制备得到的改性沼渣生物炭可促进猪场粪水厌氧消化过程，显著强化产沼气效果，提高发酵液的稳定程度，促进有机酸的分解与转化，使厌氧消化效率得以提升。

技术研发人员：裴占江,刘杰,史风梅,王粟,李鹏飞,于秋月
受保护的技术使用者：黑龙江省黑土保护利用研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12