[发明专利]包含合成生长碳纤维的改性生物质

说明书

背景技术

1.技术领域

本发明涉及一种预处理固体生物质材料的方法。预处理得到易于在温 和条件下转化成液体燃料的活化生物质材料。

2.相关领域描述

随着容易获得的原油的供应缩减，对来自其他来源的液体燃料的需要 日益增长。某些碳基能源载体材料可大量获得。实例包括生物质，尤其是 通常包含纤维素和/或木素纤维素的光合成来源的生物质。已开发出将这些 能源载体材料转化成液体燃料的方法。这类方法的实例包括热解和水热转 化。然而，这些方法需要较苛刻的条件，这需要昂贵的设备和高能输入。

因此，需要开发出敏化(‘活化’)固体材料使得它们更易于在较温和条件 下转化成液体燃料。

发明概述

本发明涉及一种与碳纤维结合的颗粒状固体生物质材料。碳纤维可涂 覆于生物质颗粒上、嵌入生物质颗粒中或既涂覆于生物质颗粒上又嵌入生 物质颗粒中。碳纤维优选为纳米纤维。

优选生物质材料为光合成来源的那些，尤其是包含纤维素和/或木素纤 维素的生物质材料。

与固体生物质材料结合的碳纤维可通过将合适的催化材料沉积到固体 生物质材料颗粒上并使所得颗粒与合适碳源接触而制备。或者，碳纤维可 异地制得并随后立即与固体生物质混合。

与碳纤维结合的固体生物质通过水热转化、酶转化、温和热转化或催 化转化更易于转化成生物质液体。

说明性实施方案的描述

下文为本发明某些实施方案的描述，仅举例说明。

本发明涉及一种与碳纤维结合的颗粒状固体生物质材料。碳纤维优选 为纳米纤维。可将碳纤维涂覆于生物质颗粒上、嵌入生物质颗粒中或将两 者结合。

优选生物质材料为光合成来源的那些，尤其是包含纤维素和/或木素纤 维素的材料。实例包括水生植物如藻；林业废物如木片和锯屑；农业植物 废物如蔗渣、稻草、玉米棒等；所谓的能源作物如柳枝稷(switch grass)； 以及食品作物如玉米和谷粒。

与碳纤维结合的结果是固体生物质材料更易于转化成例如生物质液 体。例如，这些材料可在水热转化方法中在小于300℃，优选小于240℃ 或甚至小于200℃的温度下转化成生物质液体。在较低温度下操作的能力 明显节省成本，因为水热转化通常在自生压力下进行。在300℃下的饱和 蒸汽压为85巴；在240℃下为33巴；在200℃下为15巴。因此，较低 转化温度与成本的明显节省有关，因为为大大降低的压力所设计的反应器 的设备成本大大降低。

本发明的另一方面为一种制备与碳纤维结合的固体生物质材料的方 法，该方法包括下列步骤：

a)提供呈颗粒状的固体生物质材料；

b)将能够催化形成碳纤维的催化材料沉积于所述颗粒状生物质材料上而 形成活化生物质；

c)使活化生物质与合适碳源接触。

在另一实施方案中，本发明为一种制备与碳纤维结合的固体生物质材 料的方法，该方法包括下列步骤：

使固体生物质与碳纳米纤维混合；

机械处理该混合物而使碳纳米纤维嵌入固体生物质中。

合适的机械处理方法包括磨碎、研磨、捏合和砂磨。

机械处理步骤优选在低于300℃，更优选低于250℃的温度下进行。

生物质颗粒优选具有小于5mm，更优选0.1-3mm的粒度。颗粒通过 已知技术如研磨、磨碎等由较大块固体生物质如玉米壳、稻草、木片等制 备。在特别优选的方法中，首先将生物质通过研磨或磨碎而粉碎成约5mm 粒度，随后通过在硫化床、沸腾床、喷射床或气动输送中用更硬颗粒如砂 磨损而进一步降低尺寸。

催化材料在生物质颗粒上的沉积可通过催化领域中已知的任何合适方 法进行。合适方法的实例包括浸渍，然后干燥、就地结晶等。本文使用的 合适催化材料包括金属，尤其是能够形成碳化物或能够溶解碳的金属。优 选过渡金属，尤其是(因为成本原因)非贵过渡金属。本文最优选使用的是 选自Fe、Co、Ni、Cr、V、Mo及其混合物的金属。

碳源可以为气体或液体。气体碳源的实例包括甲烷、一氧化碳、合成 气(一氧化碳与氢气的混合物)、乙炔、乙烷及其混合物。随后生物质转化 而产生液体和/或气体产物，因为成本原因而尤其优选这些产物在本方法中 用作碳源。