[发明专利]一种控制生物质制备活性炭过程中产生焦油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制生物质制备活性炭过程中产生焦油的方法，属于生物质能开发的技术领域。

背景技术

活性炭是一种优良吸附剂，孔隙结构丰富、比表面积大，在食品行业、污水处理等领域应用广泛。以生物质作为制备活性炭的原料，来源广泛、成本低廉，不仅缓解了燃烧固体废弃生物质带来的环境污染，也带来了经济效益。

目前，采用生物质作为原料制备活性炭的研究已有一定成果，但是会产生大量的焦油，因此，除焦成为了急需解决的问题。目前，除焦设备主要以过滤焦油为主，水洗除焦法能耗大、二次污染严重，净化效果只能勉强达到内燃机的要求；催化裂解法可将焦油转化成可燃气，在提高能源利用率的同时，减少二次污染，但局限于小部分焦油转化，焦油分离效率低；高温热裂解工艺复杂，须在1200℃以上高温才能得到较高转化效率，实际生产中很难实现。

木质素作为一种可再生生物质资源，来源广泛，其中，由于中药材而产生的大量的废弃褐腐材，含碳量60.71%，并未得到充分利用。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术方案的不足，提供了一种控制生物质制备活性炭过程中产生焦油的方法，该方法可制备高吸附性能的活性碳，减少焦油的产生，并对废弃褐腐材回收再利用。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：将生物质原料经高速旋风粉碎机粉碎后，置于反应槽中活化处理，经破沫器破沫，破沫液离心、过滤后，流入缓冲罐，并在刮板薄膜蒸发器进行分子蒸馏，获得重组分后，加入复配分散剂，将形成的沉淀过滤、水洗至中性，再将沉淀置于碳钢-不锈钢碳化炉中炭化，生成的活性炭吸附效果比普通活性炭高出80%以上，经10次循环使用，吸附能力为原吸附剂的90%；焦油的生成率小于0.1%。

一种控制生物质制备活性炭过程中产生焦油的方法，包括以下步骤：

（1）活化：采用高速旋风粉碎机将褐腐材类生物质粉碎为粉末状，置于体积为10~15L敞口反应槽中，启动泵，将浓度为0.5mol/L NaOH 以流速0.5~0.8m/s注入反应槽中，持续10~15min，在转速为2500~3000r/min的高速转动机下搅拌40~60min；

（2）破沫：将上述溶液输送到破沫器，器内压力为2.0~2.5mmHg，破沫后，破沫液离心、过滤，再流入缓冲罐；

（3）分子蒸馏：将上述破沫液送入刮板薄膜蒸发器中，进料速率为2~4mL/min，流出的轻组分被捕获，再收集返回液相中的重组分；

（4）炭化：将上述残留物中加入复配分散剂，形成棕褐色沉淀，过滤，用去离子水洗涤沉淀，至pH=6.5~7.0；将沉淀置于碳钢-不锈钢碳化炉中，炭化温度为350~500℃，炭化时间为90~120min。

所述高速旋风粉碎机的转速为2500~3000r/min，细度为200~400目。

所述缓冲罐内压力承受能力为1.0~1.5MPa，温度为150~200℃。

所述刮板薄膜蒸发器的蒸发面积为4.8×10^-2~5.6×10^-2m²，冷凝面积为6.5×10^-2~7.5×10^-2m²，冷凝面与蒸发面之间的距离为2~4cm，温度为90~110℃，压力为160~200pa。

所述复配分散剂，聚丙烯酰胺与聚三乙基己基磷酸的摩尔比为1：1.2~1.5，该复配分散剂的使用量为破沫液质量的0.5~1.0%。

所述碳钢-不锈钢碳化炉的规格为容积为6m³，原料出炭率为70~80%以上，成品率为99%以上。

本发明制备得到的活性碳，其特征在于：外观为黑色固体粉末，孔隙为18000~27000nm，比表面积为24.6~36.2m²/g；吸附效果比普通活性炭高出80%以上，经10次循环使用，吸附能力为原吸附剂的90%；焦油的生成率小于0.1%。

一种生物质制备的活性炭的使用方法：将该活性炭与普通活性炭分别以质量比1：850~1200投放到活性金黄染料废水中，4~6天后测定吸附率并比较吸附效果；经去离子水解析，并对再生活性炭进行循环试验，经10次后，测定其吸附能力。

本发明的有益效果是：

（1）吸附效果比普通活性炭高出80%以上，用去离子水解析后，经10次循环使用，吸附能力仍为原吸附剂的90%以上；

（2）焦油的生成率小于0.1%。

附图说明