[发明专利]一种采用微波制备生物炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物炭的制备方法，特别是涉及一种采用微波制备生物炭的方法。

背景技术

废水中的重金属不能被分解，具有很强的生理毒性和生物富集性，在水中与其他物 质发生反应会生成毒性更大的污染物。生物炭是生物质在缺氧条件下热解的固体产物。 以污泥作为粘结剂与秸秆压成颗粒并经热裂解制备的生物炭，具有较大的比表面积和微 孔结构，能对废水中重金属产生吸附作用。

专利文献CN104289177A在2015年1月21日公开了一种重金属废水净化用生物炭 的制备方法，该方法采用传统热解法炭化秸秆与污泥的混合物制备生物炭，不仅可解决 污泥的环境污染问题，同时可实现废弃生物质的高附加值再利用。该方法采用传统的生 物炭热解方法，即在惰性气氛下，凭借加热周围的环境，以热量的辐射或通过热空气对 流的方式使生物质的表面先得到加热，然后通过热传导传导至生物质的内部。这种方法 加热时间长，能耗大，效率低，存在“外焦里不熟”的夹生现象，产品质量较差，难以 适用于含水率大、粘性高的污泥。

微波加热是一项成熟的技术，并广泛应用在材料科学领域、食品加工、电信信息技 术、有机合成、聚合物合成、分析化学、木材干燥、塑料橡胶处理以及陶瓷的预热处理 等方面。因为微波加热具有加热速度快、能源利用率高、加热均匀、温度梯度小等优点， 近年来，该技术已经应用于生物炭的制备工艺。

根据材料与微波的相互作用关系，可以将材料分为三类：1)微波反射材料，2)微 波透射材料，3)微波吸收材料。其中微波吸收材料是高损耗材料，如水及含碳物质。微 波透射材料在进行微波加热时通常会加入微波吸收剂(如含碳物质)，含碳物质吸收微 波并转化为热量，再通过热量加热微波透射材料，使样品同样可以进行微波加热。

干燥的生物质通常本身不吸收微波。专利文献CN102533293A在2012年7月4日 公开了一种湿法制备生物炭的装置，该装置利用水吸收微波的特性来实现生物质的炭化。 但依然存在加热时间长，能耗大，效率低的问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种采用微波制备生物炭的方法， 该方法能够提高加热效率，便于提高产品产量。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种采用微波制备 生物炭的方法，采用以下步骤：

一)将半干污泥、生物秸秆粉末和生物炭粉末混合后造粒成型，获得成型颗粒；

二)将成型颗粒置于微波炉中进行炭化，获得炭化颗粒；

三)将炭化颗粒分成不等的两部分，小部分炭化颗粒粉碎后获得所述步骤一)所述 生物炭粉末作为原料返回步骤一)，大部分炭化颗粒放入3～5mol/L的KOH或NaOH溶 液中浸渍12～18h后，用浓度为5～6mol/L的稀盐酸浸泡0.5～2h，之后用蒸馏水将酸洗 后物料漂洗至pH＝6.5～7，再在120℃下烘干制成具有多孔结构的生物炭。

在所述步骤一)中，所述半干污泥的质量百分比为25～30％，所述生物秸秆粉末的 质量百分比为55～65％，所述生物炭粉末的质量百分比10～15％，所述生物秸秆粉末为 棉花杆、玉米秆和稻杆中至少一种秸秆的粉末。

在所述步骤二)中，所述微波炉的功率为1200W～1800W，炭化时间为5～7min。

本发明具有的优点和积极效果是：少量炭化颗粒产物与污泥、秸秆原料混合造粒后， 碳物质不均匀的表面会吸收微波能，并且形成许多“热点”，在很短时间内迅速地将物 料加热到适当的温度，耗费的炭化时间仅为5～7min，远远少于传统电炉所需的炭化时 间，便于自动化和连续化生产，便于提高产品产量。同时，造粒工艺减少了颗粒间的空 隙，增加了颗粒间的接触面积，进而加快了反应速率，缩短了反应时间，节省了能耗， 克服了传统热解法和微波湿法的不足和缺陷。

综上所述，本发明利用碳物质的吸波特性，对成型颗粒进行快速加热，使颗粒发生 炭化反应，从而制备生物炭，解决了传统热解法制备活性炭过程耗费时间长、消耗大量 热能的问题。充分利用了碳物质的损耗系数大、微波场选择性加热的特性，提高了加热 效率，便于产品量产。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下：

请参阅图1。