[发明专利]一种利用热等离子体制备生物炭的方法及应用

说明书

本发明提供了一种利用热等离子体制备生物炭的方法及应用，本发明提供了一种生物炭，所述生物炭的比表面积为240‑270m²/g，孔体积为0.10‑0.15cm³/g，孔径为1.7‑2.1nm，所述生物炭由热等离子体直接处理生物质原料制备获得；还提供了一种利用热等离子体制备生物炭的方法：收集生物质原料；利用热等离子体在氮气条件下处理生物质原料制得生物炭；本发明制备的生物炭对甲醛的去除效果显著。

技术领域

本发明属于生物炭制备领域，具体涉及一种利用热等离子体制备生物炭的方法及应用。

背景技术

生物炭是生物质在缺氧条件下通过热化学转化得到的固态产物。它有较大的孔隙度和比表面积，较强的吸附、抗氧化和抗生物分解能力，在土壤改良、碳基肥料、固碳减排、水污染和空气污染治理、催化剂载体、储能、电极材料等领域具有巨大应用前景，成为植物生物质—材料交叉学科的研究热点。以农作物秸秆为代表的生物质具有资源丰富、可再生、环境友好等优点，是合成生物炭的理想原料。

生物炭制备常用方法包括热解、水热碳化、气化、惰性气体碳化等，其中热解是目前主要制备技术，但其反应温度高，升温速率苛刻，能耗高，对反应器要求严格，在活化和后处理过程中所使用的化学试剂会导致环境污染。制备的生物炭直径一般是um-cm级，其吸附和其他生物学功能有限。因此，探索绿色、高效利用农作物秸秆制备生物炭的关键技术，开发生物炭高附加值产品，是生物炭产业发展的两大核心关键问题。

现有技术中等离子体在生物炭领域中的应用，主要是利用等离子体技术对生物炭进行表面修饰；目前国内外尚未有利用等离子体技术直接处理植物秸秆制备生物炭的报道。

中国专利文献CN110508244A(申请号：201910799145.5)公开了“一种表面改性的生物炭吸附材料及其制备方法和应用”，该专利文献通过低温等离子体放电对所述生物炭进行表面修饰，制备获得表面修饰有氨基的生物炭；本发明是直接利用等离子体技术处理秸秆制备生物炭，与现有技术有本质区别。

外文文献《The residue from the acidic concentrated lithium bromidetreated cropresidue as biochar to remove Cr(VI)》(Xianqi Lu,Xingwang Liu等，Bioresource Technology，2020年)中公开了酸性LiBr处理(60％Libr，0.3M HCl,110℃处理2h)的小麦秸秆生物炭的比表面积为4.53m²/g。本发明制备的小麦秸秆生物炭的比表面积显著优于现有技术中小麦秸秆生物炭的比表面积。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用热等离子体制备生物炭的方法及应用。

本发明以热等离子炬在富N₂条件下，激发产生氮等离子体，攻击秸秆。秸秆在高温和等离子体的攻击下，快速热解碳化，形成生物炭。本发明了提供了一种快速、高效、节能、绿色的生物炭制备技术。

本发明的技术方案如下：

一种生物炭，所述生物炭的比表面积为240-270m²/g，孔体积为0.10-0.15cm³/g，孔径为1.7-2.1nm，所述生物炭由热等离子体直接处理生物质原料制备获得。

根据本发明优选的，所述生物炭的C元素含量为70％以上。

根据本发明优选的，所述生物炭的比表面积为256.17m²/g，孔体积为0.13cm³/g，孔径为1.96nm。

根据本发明优选的，所述生物炭为小麦秸秆生物炭。

一种利用热等离子体制备生物炭的方法，包括如下步骤：