[发明专利]一种低温控氧碳化生物秸秆制备生物炭的方法

说明书

本发明提供了一种低温控氧碳化生物秸秆制备生物炭的方法，包括如下步骤：将秸秆粉碎后，控制350℃以下的目标温度，通入空气或氧气氧化一定时间，即得酸性生物炭。本发明通过控制空气或氧气的供给量、碳化温度，调控秸秆的氧化反应速度，增大秸秆颗粒表面的酸性基团如羧基、羰基、醛基、内酯基或羟基的含量，得到酸性生物炭，所得酸性生物炭对碱性气体的吸附效果显著，可作为碱性气体吸附剂用于厕所、养殖场以及其它有碱性气体排放的工业生产中。

技术领域

本发明涉及一种生物炭的制备方法，具体涉及一种低温控氧碳化生物秸秆制备生物炭的方法。

背景技术

秸秆是一类产量丰富的生物质原料，在传统的生活方式中，秸秆还能够作为牲畜的饲料和做饭取暖的燃料被消耗掉。但随着农村推广了燃煤与天然气等高效能源，秸秆渐渐失去了原来的作用。农业生产中的大量农作物秸秆大都被废弃在田间或露天焚烧，不仅造成了生物质资源的浪费，破坏了土壤结构、使生产能力下降，还导致了严重的环境污染，威胁生活安全。将这些废弃物的生物质资源通过炭化技术制备成生物炭加以开发利用在很大程度上可以解决可持续发展和环境保护等复杂问题。传统的生物质炭化技术可分为热解炭化和水热炭化两种。

热解炭化技术普遍采用的炭化工艺是在惰性气氛下的高温炭化炉干馏工艺，热解反应需要在500℃以上的高温条件下进行。如CN 105536700A公开的利用秸秆制备生物炭的方法，其是将秸秆原料颗粒置于三价铁盐溶液中，三价铁盐与秸秆原料颗粒质量比为1~10:1，浸渍20~240min后，在惰性气体吹扫下，以2~10℃/min升温速率加热至碳化温度500~900℃，保温20~180min。过高的碳化温度不仅影响生物质炭的产量，且碳化过程消耗能量多，生产成本高。为了降低能源消耗，研究人员做了大量工作。如CN 201310643730.9 中，将风干粉碎后的秸秆，在300~500℃的条件下进行缺氧干馏分解制得生物炭；再如CN201610650186.4公开了一种水葫芦生物炭的制备方法，其是将粉碎、干燥后的水葫芦在200~400℃低温限氧环境下热解4~8h；CN 107364860A中涉及经过干燥和粉碎细化后的植物秸秆放入反应釜中，再加入纤维素酶催化酶和占植物秸秆质量3%~12%的酞胺塑化剂，并将混合物在25~40℃温度条件下充分搅拌2h后，以氮气高压送入流化床，在缺氧和300~400℃的高温条件下塑化植物秸秆快速碳化；CN 108262009A中公开了一种高粱秸秆生物炭的制备方法，其是将高粱秸秆粉碎烘干过筛后，与高氯酸钾、碳酸钠拌匀后加盖放入马弗炉中350~550℃锻烧。可见热解炭化技术需要的温度较高，且碳化物产率低，不利于能源节约。另外，由农林废弃物等生物质在缺氧条件下炭化制得的生物炭由于脱除了大量水和CO₂，均为碱性，且亲水性较差。

水热炭化技术则以水为介质，于密闭体系中，在一定温度（如130~350℃）和压力（水自产生压力或隋性气体加压）下，生物质经脱水、脱羧等复杂反应，发生炭化转化成生物炭。CN201510410635.3涉及一种以烟草废弃物为原料，经过水热反应将烟草废弃物转变为生物炭的处理工艺。CN 109233880A，CN 109233881A和CN109336082 A中分别描述了秸秆与亚铁盐或铁盐溶液混合，通过加入稀硫酸调节pH值后，滴加过氧化氢溶液、或高锰酸盐溶液、或者次氯酸盐溶液或过硫酸盐溶液，并在250~270℃下进行水热反应2h~4h，碳化制成生物炭的方法。这些方法是在酸性介质中利用氧化剂氧化生物质，所得生物炭的酸性基团含量可能较高，用于重金属土壤的修复成效显著。与缺氧或无氧环境下低温裂解生产生物炭相比，水热炭化技术生物炭产出率较高，产品的亲水基团较多，亲水性较强；但是需要的反应时间更长，大量的热容较大的水做介质，意味着该反应需要消耗的能量也就越多；且滤除的水介质也会带来环境污染。

因此，亟需开发制备酸性生物炭的新方法。

发明内容

本发明的目的就是提供一种低温控氧碳化生物秸秆制备生物炭的方法，以解决现有制备方法能耗高、生产成本高等问题。

本发明的目的是这样实现的：