一种基于农林废弃物制备生物炭的方法及生物炭的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种基于农林废弃物制备生物炭的方法，包括如下具体步骤：（1）将农林废弃物进行处理，得到干燥的粉末状生物质原材料；（2）将生物质原材料置入绝氧并通保护气体且密封的处理器中，然后进行两阶段的升温处理，第一阶段的升温处理为从常温快速升温至220℃～260℃，第二阶段的升温处理为从第一阶段的终温慢速升至350℃～750℃，继续隔氧裂解1～3小时；（3）然后冷却至室温，将步骤（2）得到的物质依次经过研磨过筛、活化剂活化、蒸馏水洗涤和烘干后得到固体生物炭。本发明制备工艺简单，原料易得、成本低；制得的生物炭表面具有良好的吸附特性，能够对环境介质中的各种污染物进行吸附、消除，在农业和环境领域中具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种基于农林废弃物制备生物炭的方法及生物炭
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物质资源化利用和环境污染修复领域，尤其涉及一种基于农林废弃物制备生物炭的方法及由此方法制得的生物炭。
【背景技术】
[0002]2006年《Nature》上刊登的一篇名为“Black is the new green”的文章引发了近年来关于生物炭(biochar)种种益处的讨论和研究热潮。生物炭属于黑炭(black carbon)范畴的一种，具有农用意义、能源生产、环境效益等多方面重要性，通过一定技术手段制备的生物炭在改良土壤肥力、碳库中的“增汇减排”作用、环境污染修复手段等方面已经显示出其突出的功效，并且可用于制备生物炭的原材料来源广泛，使得其在农业和环境中具有广阔的应用前景，近年来成为土壤学和环境科学领域的研究热点。从微观结构上看，生物炭表面具有疏松多孔特征，故有着比表面积大、表面能高的特点。生物炭表面官能团主要包括羧基、酚羟基、羰基、酸酐、内酯等多种基团，并具有很大的阳离子交换量(CEC)，这些特征使得生物炭具有良好的吸附特性，能够对环境介质中的各种污染物进行吸附、消除，从而减少潜在的环境风险。生物炭影响农业土壤环境中持久性有机物污染物、重金属、农药、氮磷等的形态、迁移转化、生物有效性及生态效应等均已被广泛的研究人员所报道。来源于植物的农林废弃物主要是由C、H、O、N、S等元素组成，富含多种可利用生物质，其中纤维素和半纤维素是重要的两种。作为传统的农业大国，中国生物质种类多样、分布广泛，资源丰富，每年产生的农林废弃物达到7亿多吨，利用炭化技术制成生物炭是一种变废为宝的新途径，同时有助于解决农业环 境问题，发展潜力巨大，在农业领域和环境学科中被认为是具有广阔发展空间的理想工具。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于农林废弃物制备生物炭的方法，采用农林生产过程中产生的废弃物作为生物质原料，制得的生物炭能够作为吸附剂，应用于污水处理等领域，制备工艺简单、成本低廉，而且有益于农林废弃物资源化循环利用。基于此，本发明还提供前述方法制得的生物炭。
[0004]为解决以上技术问题，本发明的技术方案是:
[0005]一种基于农林废弃物制备生物炭的方法，包括如下具体步骤:
[0006]( I)将农林废弃物进行处理，得到干燥的粉末状生物质原材料；
[0007](2)将生物质原材料置入绝氧并通保护气体且密封的处理器中，进行两阶段的升温处理，第一阶段的升温处理为从常温快速升温至220°C~260°C，第二阶段的升温处理为从第一阶段的终温慢速升至350°C~750°C，继续隔氧裂解1-3小时；
[0008](3)然后冷却至室温，将步骤(2)得到的物质依次经过研磨、活化剂活化、洗涤和烘干后得到固体生物炭。
[0009]优选地，所述农林废弃物为植物源农林废弃物或动物源畜禽粪便。[0010]其中，所述植物源农林废弃物为水稻秸杆、水稻壳、木屑、中药渣、花生壳中的任意一种或多种。
[0011]其中，所述动物源畜禽粪便为鸡粪、猪粪、牛粪等中的任意一种或多种。
[0012]优选地，步骤(1)中，将农林废弃物依次经过除杂、洗涤、干燥和粉碎，得到干燥的粉末状生物质原材料，其中，干燥条件为:在烘箱中100°C~120°C下烘烤6~24小时。
[0013]优选地，所述处理装置为气氛箱式炉或真空管式炉，通过抽真空和通入保护气体使所述处理装置内腔形成真空或绝氧状态。
[0014]优选地，进行第一阶段的升温处理时，升温速率为6°C /min~10°C /min。
[0015]优选地，进行第二阶段的升温处理时，升温速率为2V Mn~4°C /min。
[0016]优选地，进行第一阶段的升温处理时，当升温到终温后保温25~55分钟。
[0017]优选地，步骤(3)中，研磨后经过20~100目筛。
[0018]优选地，所述活化剂活化具体为:用浓度为lmol/L~3mol/L的酸溶液或碱溶液作为活化剂浸泡2-6小时。
[0019]本发明的一种生物炭，由前述的方法制得。
[0020]与现有技术相比，本发明的基于农林废弃物制备生物炭的方法具有如下优点:
[0021](I)本发明制备工艺简单`，实验室内即可完成，利用水稻秸杆、水稻壳、木屑、中药渣和花生壳、鸡粪、猪粪、牛粪等农林废弃物为原材料，价格低廉，原料充足易得，且有益于环境保护；
[0022](2)本发明制备的生物炭表面具有疏松多孔特征，比表面积大、表面能高，生物炭表面官能团包括羧基、酚羟基、羰基、酸酐、内酯等多种基团，并具有很大的阳离子交换量(CEC)，这些特征构成了生物炭具有良好的吸附特性，能够对环境介质中的各种污染物进行吸附、消除，从而减少潜在的环境风险，故在农业和环境领域中具有广阔的应用前景；
[0023](3)本发明制备的生物炭有助于环境中CO2的固定，同时有利于减少温室气体的排放，对气候变暖这个全球性问题的减缓具有积极的促进作用；
[0024](4)本发明制备生物炭同时产生的生物焦油、气体燃料等属于能源化工领域，可以增加附加值，降低生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明利用农林废弃物制备生物炭的方法的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0027]参见图1，本发明的基于农林废弃物制备生物炭的方法，包括如下步骤:
[0028]( I)将农林废弃物进行处理，得到干燥的粉末状生物质原材料；
[0029]其中，农林废弃物生物质可为水稻秸杆、水稻壳、木屑、中药渣、花生壳等植物源生物质或鸡粪、猪粪、牛粪等动物源畜禽粪便；
[0030]处理手段可包括除杂、洗涤、干燥、粉碎过筛；
[0031](2)将生物质原材料置入绝氧并通保护气体且密封的处理器中，然后进行两阶段的升温处理，第一阶段的升温处理为从常温快速升温至220°C~260°C，第二阶段的升温处理为从第一阶段的终温慢速升至350°C~750°C，继续隔氧裂解1-3个小时；
[0032]其中，处理器中采用抽真空、通氮气等保护气体、密封的处理，形成处理环境。在此步骤中，通过快速升温，使生物质裂解，排出水分、硫化物、可燃气体；然后再通过慢速升温至高温，在高温下隔氧裂解，排出木醋液、生物焦油，得到的生物焦油回收利用；
[0033](3)然后冷却至室温，将步骤(2)得到的物质依次经过研磨、活化剂活化、洗涤和烘干后得到固体生物炭。
[0034]本发明的生物炭制备方法在效果验证中涉及的农林废弃物制备生物炭的产率计
算公式如下:
【权利要求】
1.一种基于农林废弃物制备生物炭的方法，其特征在于，包括如下具体步骤: (1)将农林废弃物进行处理，得到干燥的粉末状生物质原材料； (2)将生物质原材料置入绝氧并通保护气体且密封的处理器中，进行两阶段的升温处理，第一阶段的升温处理为从常温快速升温至220°C~260°C，第二阶段的升温处理为从第一阶段的终温慢速升至350°C~750°C，继续隔氧裂解1-3小时； (3)然后冷却至室温，将步骤(2)得到的物质依次经过研磨过筛、活化剂活化、洗涤和烘干后得到固体生物炭。
2.根据权利要求1所述的基于农林废弃物制备生物炭的方法，其特征在于，所述农林废弃物为植物源农林废弃物或动物源畜禽粪便，所述植物源农林废弃物为水稻秸杆、水稻壳、木屑、中药渣、花生壳中的任意一种或多种；所述动物源畜禽粪便为鸡粪、猪粪、牛粪中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的基于农林废弃物制备生物炭的方法，其特征在于，步骤(1)中，将农林废弃物依次经过除杂、洗涤、干燥和粉碎，得到干燥的粉末状生物质原材料，其中，干燥条件为:在烘箱中100°C~120°C下烘烤6~24小时。
4.根据权利要求1所述的基于农林废弃物制备生物炭的方法，其特征在于，所述处理装置为气氛箱式炉或真空管式炉，通过抽真空和通入保护气体使所述处理装置内腔形成真空或绝氧状态。
5.根据权利要求1所述的基于农林废弃物制备生物炭的方法，其特征在于，进行第一阶段的升温处理时，升温速率为6°C /min~10°C /min。
6.根据权利要求1所述`的基于农林废弃物制备生物炭的方法，其特征在于，进行第二阶段的升温处理时，升温速率为2V /min~4°C /min。
7.根据权利要求1所述的基于农林废弃物制备生物炭的方法，其特征在于，进行第一阶段的升温处理时，当升温到终温后保温25~55分钟。
8.根据权利要求1所述的基于农林废弃物制备生物炭的方法，其特征在于:步骤(3)中，研磨后经过20~100目筛。
9.根据权利要求1所述的基于农林废弃物制备生物炭的方法，其特征在于，所述活化剂活化具体为:用浓度为lmol/L~3mol/L的酸溶液或碱溶液作为活化剂浸泡2_6小时。
10.一种生物炭，其特征在于，由权利要求1~9任一项所述的方法制得。
【文档编号】C10B53/02GK103865552SQ201410120785
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】李衍亮, 杨少海, 魏岚, 刘忠珍, 黄玉芬, 欧俊, 易云, 李倩, 许桂芝 申请人:广东省农业科学院农业资源与环境研究所