[发明专利]一种调控生物炭形貌结构的方法

说明书

本发明属于生物炭制备领域，具体公开了一种调控生物炭形貌结构的方法，将包含木质纤维素类生物质、HPMC、磷酸的原料水溶液在含氧气氛下、100‑400℃下碳化；通过控制原料水溶液中所添加磷酸的浓度和/或固液比，调控碳化产物的形貌。本发明发现，在所述的包含木质纤维素类生物质、HPMC、磷酸的原料水溶液中，通过控制原料水溶液中的磷酸的浓度、在此基础上进一步辅助于对固液比的控制，可以调控在含氧气氛下碳化得到的生物炭的形貌。

技术领域

本发明属于生物炭制备领域，具体涉及一种低温开放环境下调控性制备不同形貌结构生物炭的方法。

背景技术

生物炭是生物有机材料(生物质)在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物。既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等，可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案。

制造生物炭是一种固定二氧化碳的经济可行的方式，不仅固化了树木和作物内已吸收的二氧化碳，其产物“生物碳”保存在土壤中，几千年都不会发生变化，生产可再生能源的同时，还提高了土壤肥力，提高农作物产量。

制作生物炭的现代方法是在低氧环境下用高温加热植物垃圾，使其分解。

调控性制备不同形貌结构生物炭，丰富了生物炭的结构，使生物炭能更便捷的应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良。例如具三维块状生物炭在实际应用中易回收。

然而，现有技术还缺少对生物炭的形貌进行调控的方法。

发明内容

本发明第一目的在于，提供一种在低温开放环境下调控性制备不同形貌的生物炭的方法。

一种调控生物炭形貌结构的方法，将包含木质纤维素类生物质、HPMC、磷酸的原料水溶液在含氧气氛下、100-400℃下碳化；通过控制原料水溶液中磷酸的浓度和/或固液比，调控碳化产物的形貌，具体包括以下调控方式：

方式A：调控原料水溶液中磷酸的浓度为35％～50％，固液比为1g:1～5ml碳化得到粉末状生物炭；

方式B：调控原料水溶液中磷酸浓度为70％～80％，固液比为1g:12ml～20ml，碳化得到淤泥状生物炭；

方式C：调控原料水溶液中的磷酸浓度为65-95％，固液比为1g:1ml～10ml，制得3D立体结构生物炭。

本发明发现，在所述的包含木质纤维素类生物质、HPMC、磷酸的原料水溶液中，通过控制原料水溶液中的磷酸的浓度、在此基础上进一步辅助于对固液比的控制，可以调控在含氧气氛下碳化得到的生物炭的形貌。本发明研究发现，在含氧气氛所述的碳化温度下，在所述的较低的浓度范围下，在不同的固液比下，均可获得粉末状生物炭。提升原料水溶液中磷酸浓度并进一步提高溶液的固液比，可以获得淤泥状的生物炭；在较高的磷酸比例下，采用较低的固液比，可以获得3D形貌的生物炭。

本发明研究发现，生物炭形貌的精准调控，需要以磷酸为介质、HPMC为结构稳定剂，以及含氧气氛、所述的温度碳化为前提，在该前提下，可通过调控磷酸浓度、固液比实现生物炭的形貌的控制。也即是，实现生物炭的精准调控，需要协同于酸的种类、浓度、碳化气氛、碳化温度、固液比等操作以及参数。

本发明所述的固液比指原料水溶液中，作为固体部分的重量与液体部分的体积比；所述的固体部分指木质纤维素类生物质和HPMC的总重量。

作为优选，方式A中，磷酸的浓度为35～45％；进一步优选为35～40％。固液比为1g:1～5ml。

作为优选，方式B中，磷酸的浓度为75～80％。固液比为1g:15～20ml。

作为优选，方式C：原料水溶液中的磷酸浓度为65～70％，固液比为1g:5～10ml。