一种原位担载制备功能性生物炭的方法技术

本发明专利技术公开一种原位担载制备功能性生物炭的方法,包括如下步骤：1)将生物质原料投放到预处理溶液中，搅拌浸渍，然后过滤，得到预处理后的生物质原料；2)将预处理后的生物质原料投放到担载离子溶液中，搅拌浸渍，然后过滤，得到重量含水率范围为50-150％的含水和含担载离子的生物质原料；3)将含水和含担载离子的生物质原料以1-3℃/min升温至100-280℃，再保温0.5-2小时；4)在无氧或限氧氛围下以10-100℃/min升温至400-800℃，保温1-6小时；(5)冷却后得到功能性生物炭。本发明专利技术利用丰富的农林业废弃物为原料制备功能性生物炭，采用原位担载工艺调控生物炭结构，并且可控均匀担载功能性粒子，极大提高生物炭的比表面积和孔隙率，可广泛应用于污水处理等领域。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开,包括如下步骤：1)将生物质原料投放到预处理溶液中，搅拌浸渍，然后过滤，得到预处理后的生物质原料；2)将预处理后的生物质原料投放到担载离子溶液中，搅拌浸渍，然后过滤，得到重量含水率范围为50-150％的含水和含担载离子的生物质原料；3)将含水和含担载离子的生物质原料以1-3℃/min升温至100-280℃，再保温0.5-2小时；4)在无氧或限氧氛围下以10-100℃/min升温至400-800℃，保温1-6小时；(5)冷却后得到功能性生物炭。本专利技术利用丰富的农林业废弃物为原料制备功能性生物炭，采用原位担载工艺调控生物炭结构，并且可控均匀担载功能性粒子，极大提高生物炭的比表面积和孔隙率，可广泛应用于污水处理等领域。【专利说明】
本专利技术涉及一种功能性生物炭的制备方法，特别是特别涉及以农林业废弃物为原料制备功能性生物炭的方法，属于生物炭制备领域。
技术介绍
世界范围内农林业加工过程中所产生的废弃物就是一个庞大的数字，仅在我国2011年我国稻壳产量达到约4000万吨，各类农作物秸杆的产量每年超过7亿吨。这些农作物秸杆、稻壳等的处理是一个问题。热解是将生物质原料通过加热分解的方式转化为其它产品加以利用，实施较为简单，能量转化率较高，也利于大批量处理生物质原料，是解决上述农林废弃生物质原料的有效方法之一。但是采用生物质热解制备的生物炭，由于热解温度一般是低于700°C，所制备的生物炭的孔隙结构往往不够发达，比表面积较低，因此作为吸附材料性能较差，需要进行活化处理，就增加了后续工艺，提高了成本和制备的复杂性。 现有的炭吸附材料往往是利用炭材料的吸附性能，单纯的吸附材料存在吸附-释放的平衡关系，在吸附饱和后会不断释放吸附物质，如对室内装修采用炭包对甲醛等有机蒸汽的吸附，但是不能够分解这些有害物质；同样在污水处理方面，利用生物炭能够吸附污水中的有机污染物，但是也不能分解这些有机物。因此，在生物炭材料上担载功能性粒子，在利用生物炭的吸附性能的同时利用功能性粒子分解吸附的物质，能够达到高效处理的效果，具有广阔的应用前景。因此，为了提高生物炭的附加值，同时降低其制备条件，可以采用热解炭化前对生物质进行浸溃处理，再热解炭化得到具有催化或者其它特定功能的功能性生物炭，可用于其它基体材料如纤维等之中，能够大大提高生物炭的附加值。 专利CN101642699公开了一种磁性生物炭的制备方法，采用生物质原料浸溃铁盐溶液，再在搅拌情况下滴加氢氧化钠使PH到9-10，让铁盐沉淀，经过滤、干燥后再热解制备得到磁性生物炭；可见该过程步骤多，产生大量废液。申请公开专利CN102001656A公开了一种活性炭的制备方法，其采用稻壳浸溃氯化锌溶液，热解制备活性炭，该工艺中氯化锌是活化剂作用，并未成为功能性粒子。申请公开专利CN103406099A公开了一种钙镁矿化生物炭及其制备方法与应用，采用生物质粉体在钙、镁盐溶液中搅拌、浸溃后，干燥脱水再热解制得；该方法浸溃过程不能使得镁钙离子充分均匀进入生物质原料中，所制备的生物炭中钙镁矿化物仅担载在孔道内，分布不均。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。 为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案予以解决: —种原位担载制备功能性生物炭的方法，包括以下步骤: (I)将生物质原料投放到预处理溶液中，搅拌浸溃，然后过滤，得到预处理后的生物质原料； (2)将所述预处理后的生物质原料投放到担载离子溶液中，搅拌浸溃，然后过滤，得到含水和含担载离子的生物质原料；其中，所述含水和含担载离子的生物质原料的重量含水率范围为50-150% ； (2)将所述含水和含担载离子的生物质原料以l-3°c /min的升温至100_280°C，保温0.5-2小时； (3)接着在无氧或限氧氛围下以10-100°c/min升温至400-800°C，保温1-6小时； (4)冷却后得到功能性生物炭，该功能性生物炭上所担载功能性粒子的重量占生物炭重量的5-40%，功能粒子的粒径为20-500nm。 作为本专利技术的优选技术方案: 如上所述，所述生物质原料为水稻秸杆、小麦稻杆、玉米稻杆、棉花稻杆、油菜稻杆、大豆稻杆、小麦壳、稻壳、花生壳、竹材、竹屑、木材、木屑、树叶、杂草、椰壳、板栗壳、咖啡渣、茶叶渣、苹果渣、葡萄渣、梨渣、甘蔗渣、橄榄渣、芒果渣、西瓜皮、冬瓜皮和南瓜皮中的一种以上。 如上所述，所述预处理溶液是指由摩尔浓度为0.1-0.5mol/L的乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、铵三乙酸钠、乙二胺四甲叉磷酸钠溶液中的一种与摩尔浓度为0.5mol/L硫酸溶液等体积混合形成的混合溶液； 如上所述，所述步骤(I)中，所述生物质原料的投料量为所述生物质原料与所述预处理溶液之和的10-30wt% ;所述搅拌浸溃时间为0.5-1小时，浸溃温度为60-90°C。 如上所述，所述的担载离子溶液是指硫酸镁、硫酸铁、硫酸氧钛、硫酸锌、硫酸铝、硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰、硫酸铜、硫酸铈、硫酸镨、硫酸钕、硫酸钐、硫酸铕、硫酸钆、硫酸铽、硫酸钦、硫酸镥、硫酸镧和硫酸锆中的一种或多种按照任意摩尔比混合后溶于水形成的溶液，其担载离子溶液中总金属离子浓度为0.1-1mol/L0 如上所述，所述步骤(2)中，所述预处理后的生物质原料的投料量为所述预处理后的生物质原料与所述担载离子溶液之和的10-30wt% ;所述搅拌浸溃为在室温下搅拌浸溃1-6小时。 如上所述，所述无氧或限氧氛围是指高纯氮气或氩气氛围，或者为氮气与水蒸气、氩气与水蒸气的混合气。 如上所述，所述氮气与水蒸气或氩气与水蒸气的混合气，其氮气或氩气与水蒸气的体积比为90:10-98:2。 有益效果: 本专利技术所提出的功能性生物炭的制备方法，利用预处理溶液浸溃生物质原料，不仅能够起到除去生物质中小分子，降低生物质中结晶结构的作用，还能通过预处理剂与生物质中纤维素和半纤维素中的基团反应，形成一个接枝的结构，通过浸溃金属离子盐溶液，均匀固定金属离子，再在低温下空气氛围中利用水分和金属离子的协同作用，完成生物质内有机组分结构交联和收缩，将担载粒子固定在受限网络空间内，同时担载离子起到催化作用，降低生物质分解炭化温度，促进部分结构分解，水分起到刻蚀表面，蒸发时膨胀疏松结构，拓展生物炭骨架孔隙结构，硫酸浓缩碳化生物质，保留遗传结构，形成一定的支撑结构，然后再在较高温度下快速热解，除去硫酸并形成具有一定晶型和晶粒尺寸的功能担载粒子，同时脱去小分子形成更多的孔隙结构，最终制备均匀担载功能性粒子的大比表面积生物炭材料。 本专利技术利用丰富的农林业废弃物，采用原位担载的工艺使得在生物炭遗传生物质结构的同时，控制结构并且功能性粒子可控均匀担载在生物炭上，极大提高生物炭的比表面积和孔隙率，可以广泛应用于污水处理、有机物分解和催化等领域。 【具体实施方式】 下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。 实施例1 将水稻秸杆在60°C下的0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位担载制备功能性生物炭的方法，其特征是包括以下步骤：(1)将生物质原料投放到预处理溶液中，搅拌浸渍，然后过滤，得到预处理后的生物质原料；所述预处理溶液是指由摩尔浓度为0.1‑0.5mol/L的乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、铵三乙酸钠、乙二胺四甲叉磷酸钠溶液中的一种与摩尔浓度为0.5mol/L硫酸溶液等体积混合形成的混合溶液；(2)将所述预处理后的生物质原料投放到担载离子溶液中，搅拌浸渍，然后过滤，得到含水和含担载离子的生物质原料；其中，所述含水和含担载离子的生物质原料的重量含水率范围为50‑150％；所述担载离子溶液是指硫酸镁、硫酸铁、硫酸氧钛、硫酸锌、硫酸铝、硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰、硫酸铜、硫酸铈、硫酸镨、硫酸钕、硫酸钐、硫酸铕、硫酸钆、硫酸铽、硫酸钬、硫酸镥、硫酸镧和硫酸锆中的一种或多种按照任意摩尔比混合后溶于水形成的溶液；(3)将所述含水和含担载离子的生物质原料以1‑3℃/min升温至100‑280℃，保温0.5‑2小时；(4)接着在无氧或限氧氛围下以10‑100℃/min升温至400‑800℃，保温1‑6小时；(5)冷却后得到功能性生物炭，该功能性生物炭上所担载功能性粒子的重量占生物炭重量的5‑40％，功能粒子的粒径为20‑500nm。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程旭，王彪，朱方亮，王华平，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31