[发明专利]表面活性剂在促进水热炭成型中的应用

说明书

本发明公开一种表面活性剂在促进水热炭成型中的应用，属于生物质资源化领域。本发明中，将五种不同的表面活性剂如吐温80，司班80，十二烷基苯磺酸钠，木质素磺酸钠，PEG 400加入到生物质和水的混合物中。发现表面活性剂对制备高能量密度的生物质炭原料有良好的效果，同时对生物炭成型特性也具有十分显著的提升效果。本发明能够有效的提高生物炭的固体产率，同时显著的提升热值，使得制备得到的基础炭原料就有十分高的能量密度；然后将这些生物炭原料应用于成型颗粒燃料的制备发现其成型颗粒具有很高的密度，以及极强的径向抗压强度。在燃烧特性方面也具有十分高的综合燃烧特性指数。

技术领域

本发明属于生物质资源化领域，特别涉及一种表面活性剂在促进水热炭成型中的应用。

背景技术

玉米秸秆(CS)是一种常见的农业废弃物，2017年中国产量为1.8×10⁷吨。如今，CS在世界上被用作生产化学品和燃料的可再生材料[1-2]。但是，中国的利用率很低。大多数玉米秸秆被扔掉或直接燃烧，造成资源浪费和环境污染。实现玉米秸秆在中国的高价值利用迫在眉睫。

随着生物质技术的发展，生物质燃料已被用于取代传统的化石燃料，这是气候变暖的主要原因之一。然而，由于密度低，生物质燃料的大规模利用受到限制，这引起了生物质运输和储存的问题。因此，生物质造粒用于改善其燃料密度[3-4]。此外，引入了烘焙和水热炭化(HTC)等各种预处理，与生物质的造粒相结合，以提高能量密度，延长储存时间。特别是，HTC涉及在温和的温度(120～280℃)下进行反应，具有自生压力，避免高温和长反应时间[5]。HTC对于高水分材料也很有优势[6]。此外，HTC对提高能量密度和疏水性是有效的。那些让HTC引起广泛关注的人。

因此，组合的HTC和造粒用于进一步改善能量密度和致密化。然而，在烘焙后，由于富含-H的材料的去除，造粒的能量消耗显着增加。此外，HTC后生物量的体积密度和径向抗压强度显着下降[7-8]。这些显着降低了有效性并提高了生物质颗粒的成本。这也是制约高质量颗粒燃料发展的关键。表面活性剂具有固定的亲水基团和亲油基团，可显着降低溶液的表面张力。通常，表面活性剂在溶液中起渗透，吸附，润湿的作用，期望改变水合物的表面以改善造粒效果。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种表面活性剂在促进水热炭成型中的应用。

在本发明中，将五种不同的表面活性剂如吐温80(TW)，司班80(SP)，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，木质素磺酸钠(SL)，PEG 400(PEG)加入到生物质和水的混合物中。在HTC期间分析了水热炭的造粒性能以及燃烧性能。发现表面活性剂对制备高能量密度的生物质炭原料有良好的效果，同时对生物炭成型特性也具有十分显著的提升效果。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

本发明提供一种表面活性剂在促进水热炭成型中的应用。

所述的表面活性剂为吐温80，司班80，十二烷基苯磺酸钠，木质素磺酸钠和PEG400中的至少一种。

一种利用表面活性剂制备水热炭的方法，包括如下步骤：

将烘干的玉米秸秆、浓度为0.5％～2％的硫酸、浓度为0.5％～2％的表面活性剂一起加入至高压反应釜中，其固液比为1：5～15，搅拌速度为300～600rpm，170℃～250℃水热反应30～60分钟，用高纯度氮气去除高压反应釜中的空气；反应结束后，自然冷却至85℃以下，分离固液混合物；然后将固体产物在80～105℃下干燥12～24h，制得水热炭。

优选的，所述的硫酸的浓度为2％；表面活性剂的浓度为2％；

优选的，所述的固液比为1：5，1：10，1：15。

优选的，所述的搅拌速度为600rpm。