本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种葛根药渣制备生物质炭的方法。
背景技术：
现有的生物质炭包括由传统土窑生产的粗制炭，如竹炭、木炭等以及由可燃物组成的引火物以及与煤结合制成棒炭。传统的粗致炭技术含量低、土窑结构欠合理，次品率高且原料的转化率相对较低。传统的生物质炭以树木为原料烧制而成，为了满足生产需要大量的砍伐树木，对森林树木造成不可逆转的毁坏。在目前森林覆盖率越来越低、温室效应日益严重的情况下，生产传统生物质炭也越来越威胁着人类的生存环境。
另一种是由可燃物与煤结合的生物质炭，其配方及工艺中均是采用 KNO3和 Ba(NO3)2作为氧化剂，它们固体粉末状态被加入煤和炭素中，经过对这些物质的混合、成型烘干而制成生物质炭成品。在使用过程中，作为氧化剂的KNO3和Ba(NO3)2在燃烧过程中受热分解会释放出较高浓度的NO2，此外原料煤中也含有大量的硫化物以及重金属离子，烧烤时受热会随着废气粘到烧烤食品上，对人体健康危害极大。
目前生物质炭的缺点都大大限制了生物质炭的生产和使用。因此，对工艺简单、环保无毒且能提供大量热量的生物质炭及其生产方法的研究很有必要。目前的研究中，大都集中于生物质炭的结构、添加剂以及煤预处理等方面，没有针对生物质炭的替换原料进行研究。
中药药渣主要来源于中成药生产、原料药生产、中药材加工与炮制以及含中药的轻化工产品生产等，以中成药生产带来的药渣量最大，约占药渣总量的70%。中药渣是一种典型的工业生物质，具有形态复杂、含水率较高等特点。据报道，目前全国中药渣的年产生量达3000万吨以上。目前，国内共有中药企业达 2000家以上，我国每年仅植物类药渣的排放量就高达90万余吨。药渣一般为湿物料，极易腐烂，味道臭异。对于中药渣的处理传统方法为焚烧、填埋和固定区域堆放等，这些处理方法造成了资源浪费并会对自然环境带来风险。其中葛根药渣是中药渣的一种，如何有效处理葛根药渣成为了研究的方向。
技术实现要素：
本发明提供一种葛根药渣制备生物质炭的方法，以解决将葛根药渣作为垃圾处理或是晒干后用来作为燃料，造成大量资源浪费和环境污染等问题，本发明把葛根药渣作为制备生物质炭的原料，这不仅可以大大降低生产成本，同时可以减少环境污染，节约资源，促进资源循环利用，为葛根药渣的有效处理提供了新思路，具有广阔的市场前景。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种葛根药渣制备生物质炭的方法，包括以下步骤：
S1：将葛根药渣采用热空气烘干成含水率为17%-23%，制得干葛根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为920-960℃，所述空气温度为4-36℃，所述热空气温度为250-480℃；
S2：将步骤S1制得的干葛根药渣粉碎，过100-200目筛子，制得干葛根药渣粉碎物；
S3：将步骤S2制得的干葛根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为90-120r/min下混合12-15min，制得混合物Ⅰ，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：高岭土8-30份、氧化钴1-4份、氧化镍2-3份、氧化钛2-3份、氧化铝1-2份、氧化锌1-2份、水玻璃10-35份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S31：将高岭土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为100-160r/min下混合8-12min，制得球状颗粒Ⅰ；
S32：将步骤S31制得的球状颗粒Ⅰ在950-1100℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.01-0.06mm，孔隙容积为0.05-0.08mL/g，振实密度为0.82-0.96g/mL，磨耗率为2.05%-2.38%的球状颗粒Ⅱ；
S4：将步骤S3制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以10-60℃/min的速度升温至730-800℃，热解5-8min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S5：在微波反应釜中，温度为430-460℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.3-0.6h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ；
S6：向步骤S5制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，在搅拌转速为120-180r/min下混合10-15min，经压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率≤6%，制得生物质炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S61：配制浓度为25-28Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S62：向步骤S61的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为1%-5%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，然后在温度为36-39℃，搅拌转速为100-120r/min下进行交联接枝反应0.4-0.6h，制得浆料Ⅱ；
S63：向步骤S62的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，然后在温度为40-46℃，搅拌转速为110-150r/min下进行交联反应0.3-0.5h，制得浆料Ⅲ；
S64：将步骤S63的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为165-168℃下烘干，制得含水率≤6%的物料Ⅳ；
S65：将步骤S64的物料Ⅳ粉碎、过100-160目筛子，制得淀粉粘合剂。
进一步地，步骤S3中所述干葛根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为140-220:1-3。
进一步地，步骤S6中所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为22-40:4-6:6-8。
进一步地，步骤S6中所述压制成块状型采用的压力为10-15Mpa。
进一步地，步骤S62中所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为30-80:10-25:12-20。
进一步地，步骤S63中所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为35-73:12-25:15-20。
进一步地，步骤S63中所述交联反应的温度为42℃，搅拌转速为125r/min下进行交联反应0.4h。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的制备方法条件可控，葛根药渣制备生物质炭的转化率高，无废渣产生；
（2）本发明制备过程中不添加引火物等添加剂，制得的生物质炭无烟无毒无味；
（3）本发明制得的生物质炭起火快，燃烧时间长达3.3h以上，有利于使用；
（4）本发明制得的生物质炭外表光滑无裂纹、无爆花，易于保存和运输；
（5）本发明把葛根药渣作为制备生物质炭的原料，这不仅可以大大降低生产成本，同时可以减少环境污染，节约资源，促进资源循环利用，为葛根药渣的有效处理提供了新思路，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，所述葛根药渣制备生物质炭的方法，包括以下步骤：
S1：将葛根药渣采用热空气烘干成含水率为17%-23%，制得干葛根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为920-960℃，所述空气温度为4-36℃，所述热空气温度为250-480℃；
S2：将步骤S1制得的干葛根药渣粉碎，过100-200目筛子，制得干葛根药渣粉碎物；
S3：将步骤S2制得的干葛根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为90-120r/min下混合12-15min，制得混合物Ⅰ，所述干葛根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为140-220:1-3，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：高岭土8-30份、氧化钴1-4份、氧化镍2-3份、氧化钛2-3份、氧化铝1-2份、氧化锌1-2份、水玻璃10-35份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S31：将高岭土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为100-160r/min下混合8-12min，制得球状颗粒Ⅰ；
S32：将步骤S31制得的球状颗粒Ⅰ在950-1100℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.01-0.06mm，孔隙容积为0.05-0.08mL/g，振实密度为0.82-0.96g/mL，磨耗率为2.05%-2.38%的球状颗粒Ⅱ；
S4：将步骤S3制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以10-60℃/min的速度升温至730-800℃，热解5-8min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S5：在微波反应釜中，温度为430-460℃℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.3-0.6h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ；
S6：向步骤S5制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为22-40:4-6:6-8，在搅拌转速为120-180r/min下混合10-15min，经在压力为10-15Mpa下压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率≤6%，制得生物质炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S61：配制浓度为25-28Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S62：向步骤S61的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为1%-5%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，然后在温度为36-39℃，搅拌转速为100-120r/min下进行交联接枝反应0.4-0.6h，制得浆料Ⅱ，所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为30-80:10-25:12-20；
S63：向步骤S62的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，然后在温度为40-46℃，搅拌转速为110-150r/min下进行交联反应0.3-0.5h，制得浆料Ⅲ，所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为35-73:12-25:15-20；
S64：将步骤S63的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为165-168℃下烘干，制得含水率≤6%的物料Ⅳ；
S65：将步骤S64的物料Ⅳ粉碎、过100-160目筛子，制得淀粉粘合剂。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种葛根药渣制备生物质炭的方法，包括以下步骤：
S1：将葛根药渣采用热空气烘干成含水率为20%，制得干葛根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为940℃，所述空气温度为20℃，所述热空气温度为360℃；
S2：将步骤S1制得的干葛根药渣粉碎，过150目筛子，制得干葛根药渣粉碎物；
S3：将步骤S2制得的干葛根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为110r/min下混合13min，制得混合物Ⅰ，所述干葛根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为180:2，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：高岭土20份、氧化钴3份、氧化镍3份、氧化钛3份、氧化铝2份、氧化锌2份、水玻璃24份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S31：将高岭土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为130r/min下混合10min，制得球状颗粒Ⅰ；
S32：将步骤S31制得的球状颗粒Ⅰ在1000℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.03mm，孔隙容积为0.06mL/g，振实密度为0.9g/mL，磨耗率为2.2%的球状颗粒Ⅱ；
S4：将步骤S3制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以30℃/min的速度升温至760℃，热解7min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S5：在微波反应釜中，温度为450℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.5h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ；
S6：向步骤S5制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为32:5:7，在搅拌转速为150r/min下混合12min，经在压力为13Mpa下压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率为6%，制得生物质炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S61：配制浓度为26Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S62：向步骤S61的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为3%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，然后在温度为38℃，搅拌转速为110r/min下进行交联接枝反应0.5h，制得浆料Ⅱ，所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为65:16:15；
S63：向步骤S62的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，然后在温度为43℃，搅拌转速为130r/min下进行交联反应0.4h，制得浆料Ⅲ，所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为54:20:18；
S64：将步骤S63的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为166℃下烘干，制得含水率为6%的物料Ⅳ；
S65：将步骤S64的物料Ⅳ粉碎、过130目筛子，制得淀粉粘合剂。
实施例2
一种葛根药渣制备生物质炭的方法，包括以下步骤：
S1：将葛根药渣采用热空气烘干成含水率为17%，制得干葛根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为920℃，所述空气温度为4℃，所述热空气温度为250℃；
S2：将步骤S1制得的干葛根药渣粉碎，过100目筛子，制得干葛根药渣粉碎物；
S3：将步骤S2制得的干葛根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为90r/min下混合15min，制得混合物Ⅰ，所述干葛根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为140:1，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：高岭土8份、氧化钴1份、氧化镍2份、氧化钛2份、氧化铝1份、氧化锌1份、水玻璃10份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S31：将高岭土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为100r/min下混合12min，制得球状颗粒Ⅰ；
S32：将步骤S31制得的球状颗粒Ⅰ在950℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.01mm，孔隙容积为0.05mL/g，振实密度为0.82g/mL，磨耗率为2.05%的球状颗粒Ⅱ；
S4：将步骤S3制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以10℃/min的速度升温至730℃，热解8min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S5：在微波反应釜中，温度为430℃℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.6h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ；
S6：向步骤S5制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为22:4:6，在搅拌转速为120r/min下混合10min，经在压力为10Mpa下压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率为5.68%，制得生物质炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S61：配制浓度为25Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S62：向步骤S61的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为1%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，然后在温度为36℃，搅拌转速为100r/min下进行交联接枝反应0.6h，制得浆料Ⅱ，所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为30:10:12；
S63：向步骤S62的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，然后在温度为40℃，搅拌转速为110r/min下进行交联反应0.5h，制得浆料Ⅲ，所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为35:12:15；
S64：将步骤S63的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为165℃下烘干，制得含水率为4%的物料Ⅳ；
S65：将步骤S64的物料Ⅳ粉碎、过100目筛子，制得淀粉粘合剂。
实施例3
一种葛根药渣制备生物质炭的方法，包括以下步骤：
S1：将葛根药渣采用热空气烘干成含水率为23%，制得干葛根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为960℃，所述空气温度为36℃，所述热空气温度为480℃；
S2：将步骤S1制得的干葛根药渣粉碎，过200目筛子，制得干葛根药渣粉碎物；
S3：将步骤S2制得的干葛根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为120r/min下混合12min，制得混合物Ⅰ，所述干葛根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为220:3，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：高岭土30份、氧化钴4份、氧化镍3份、氧化钛3份、氧化铝2份、氧化锌2份、水玻璃35份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S31：将高岭土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为160r/min下混合8min，制得球状颗粒Ⅰ；
S32：将步骤S31制得的球状颗粒Ⅰ在1100℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.06mm，孔隙容积为0.08mL/g，振实密度为0.96g/mL，磨耗率为2.38%的球状颗粒Ⅱ；
S4：将步骤S3制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以60℃/min的速度升温至800℃，热解5min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S5：在微波反应釜中，温度为460℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.3h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ；
S6：向步骤S5制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为40:6:8，在搅拌转速为180r/min下混合10min，经在压力为15Mpa下压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率为4.52%，制得生物质炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S61：配制浓度为28Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S62：向步骤S61的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为5%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，然后在温度为39℃，搅拌转速为120r/min下进行交联接枝反应0.4h，制得浆料Ⅱ，所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为80: 25: 20；
S63：向步骤S62的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，然后在温度为46℃，搅拌转速为150r/min下进行交联反应0.3h，制得浆料Ⅲ，所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为73: 25:20；
S64：将步骤S63的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为168℃下烘干，制得含水率为6%的物料Ⅳ；
S65：将步骤S64的物料Ⅳ粉碎、过160目筛子，制得淀粉粘合剂。
性能测试：
（1）水分含量、灰分含量、固定碳含量、热值的测定参照 GB/T2001-1991《焦炭工业分析测定方法》中相关的测定方法。
（2）硫含量的测定参照 GB/T2286-2008《焦炭全硫含量的测定方法》中相关的测定方法。
实施例1-3中的生物质炭性能参数如下表所示。
由上表可知，本发明的方法所制得的生物质炭符合烧烤炭的性能要求。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。