[发明专利]一种无废生物精炼制备多孔生物炭的方法及应用

说明书

本发明公开一种无废生物精炼制备多孔生物炭的方法及应用，通过碱液对蔗髓进行抽提，将抽提液过滤，滤渣洗涤、干燥；称取干燥后的滤渣在氮气气氛下进行预炭化；将预炭化料与碱混合，氮气气氛下活化，得到多孔生物炭；该生物炭用以净化模拟铬废水，对六价铬离子的吸附量高达185.07mg/g，将含铬废生物炭转化为Cu‑Cr/BPR‑BC催化剂用于糠醛的进一步加氢，选择性生成二糠基醚达到99.99%；本发明获得一种无废料的生物精炼模式，实现了蔗髓或其他类似木质纤维生物质碱预抽提工艺的工业化应用。

技术领域

本发明涉及农林废弃物的资源化利用及“以废制废”的环境领域，具体涉及一种利用蔗髓碱抽提残渣进行无废生物精炼制备多孔生物炭的方法及去除Cr(VI)和进一步氢化糠醛制备二糠基醚的应用。

背景技术

考虑到化石资源的枯竭和相应的环境问题，木质纤维素生物质越来越被认为是许多替代能源化学品和材料清洁生产的一种有前景的资源。蔗髓是制糖工业的主要副产品之一，富含半纤维素，可转化为木糖、糠醛、乙醇和半纤维素基功能材料等，实现其高价值的应用。碱预抽提作为一种高效的高分子量半纤维素的提取方法，在半纤维素材料制备领域受到越来越多的关注。然而，经过提取后，约有50～80%的固体废弃物在未经进一步高价值利用的情况下被焚烧甚至丢弃，这将对环境和经济效益造成不利影响。

发明内容

本发明提供一种利用蔗髓碱抽提残渣进行无废生物精炼制备多孔生物炭的方法及其去除Cr(VI)和进一步氢化糠醛制备二糠基醚上的应用，实现了重金属铬废水的治理和“以废制废”的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种无废生物精炼制备多孔生物炭的方法，具体包括以下步骤：

（1）通过碱液对蔗髓进行抽提，将抽提液进行过滤，滤渣洗涤至中性后干燥；

（2）称取步骤（1）干燥后的蔗髓残渣（BPR）至管式炉的坩埚中，在氮气气氛下升温至300~600 ^oC进行预炭化；

（3）将预炭化料与碱进行混合，放入管式炉中，氮气气氛下进行活化，得到多孔生物炭(BPR-BC)。

步骤（1）碱液为氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液浓度为50~200g/L，蔗髓与氢氧化钠溶液的固液比g:mL为1：20~40。

步骤（2）升温速率1~10^oC/min，预炭化时间为1~3h。

步骤（3）碱为KOH、NaOH、Ca(OH)₂、Ba(OH)₂等。

步骤（3）预炭化料与碱的质量比为=1：1~8.5。

步骤（3）活化温度为500~900^oC，时间为1~3h，升温速率为1~10^oC/min。

本发明所述多孔生物炭(BPR-BC)的应用，将多孔生物炭(BPR-BC)作为吸附剂，对废水中的六价铬离子进行吸附，废水中六价铬离子的浓度为10~100mg/L，废水pH值为2~10。

本发明多孔生物炭(BPR-BC)作为吸附剂在废水中进行12h六价铬离子的吸附后，将吸附实验且干燥之后的生物炭浸渍在50mL铜盐溶液中，70^oC水浴中搅拌至干燥得到生物炭为载体的铜铬催化剂（Cu-Cr/BPR-BC），应用于氢化糠醛制备二糠基醚，称取0.2g糠醛、0.1gCu-Cr/BPR-BC催化剂和量取20mL异丙醇一并加入到容积为50mL的圆柱形不锈钢反应器中，于150 ^oC进行反应，在400min内，糠醛转化率为99.99%，二糠基醚选择性为99.99%。