增强的生物炭制造技术

提供了经处理以具备某些被发现对植物生长和/或土壤健康具有最大影响的化学和物理性质的生物炭。特别是，其中原生物炭的以下物理和/或化学性质等可通过处理来改变或强化以提高生物炭性能：(1)体积密度，(ii)浸渍能力；(iii)粒径分布；(iv)固体颗粒密度；(v)表面积；(vi)孔隙率；(vii)总孔隙率；(viii)大孔隙率与总孔隙率之比；(ix)残余有机化合物含量；(x)挥发性有机化合物；(xii)灰分含量；(xiii)持水能力；(xiv)保水能力；和(xv)pH。处理还可提高/降低生物炭的孔径，提高亲水性/降低疏水性，从原生物炭去除二恶英，提高导电性，提高阳离子交换能力和提高阴离子交换能力等等。

Enhanced biological charcoal

Biological charcoal has been provided to have some chemical and physical properties that have been found to have the greatest impact on plant growth and / or soil health. In particular, the following physical original biochar and / or chemical properties can be changed or strengthened in order to improve the performance of biochar by processing: (1) the volume density (II) impregnation ability (III); particle size distribution; particle density; (IV) (V) surface area (VI); porosity; total porosity (VII); (VIII) high porosity and total porosity ratio (IX); residual organic compounds; volatile organic compounds; (x) (XII) (XIII) ash content; water holding capacity; water holding capacity; (XIV) and pH (XV). Treatment can also increase / decrease pore diameter of biochar, improve hydrophilicity / reduce hydrophobicity, remove dioxins, improve electrical conductivity, improve cation exchange capacity and anion exchange capacity and so on.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增强的生物炭相关申请本申请要求于2015年5月15日提交的题为“EnhancedBiochar”的美国临时专利申请62/162,219的优先权；本申请是于2015年10月1日提交的题为“BiocharsandBiocharTreatmentProcesses”的美国专利申请14/873,053的部分继续申请，后者要求于2004年10月1日提交的题为“Methods，MaterialsandApplicationsforControlledPorosityandReleaseStructuresandApplications”的美国临时专利申请62/058,445和于2014年10月1日提交的题为“HighAdditiveRetentionBiochars，MethodsandApplications”的美国临时专利申请62/058,472的优先权；本申请是于2012年5月29日提交的题为“MethodsforEnhancingSoilGrowthUsingBio-Char”的美国专利申请14/385,986的部分继续申请，后者是于2012年5月29日提交的PCT/US12/39862的371，其是于2011年6月6日提交的美国专利申请13/154,213(现为美国专利8,317,891)的部分继续申请；并且本申请是于2013年9月25日提交的题为“MethodsforProducingNegativeCarbonFuel”的美国专利申请14/036,480的部分继续申请，后者是于2011年7月25日提交的美国专利申请13/189,709(现为美国专利8,568,493号)的继续，其中以上所有文献通过引用以其整体并入本申请。
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及生物炭，特别是涉及具有增强的物理和化学性质的经处理和/或加工的生物炭，所述增强的物理和化学性质提高了经处理的生物炭用于多种用途的有用性、可预测性和功效。2.相关技术生物炭(biochar)多年来一直被认为是土壤增强剂。InternationalBiocharInitiative(“IBI”)将生物炭定义为“由生物质在氧气受限的环境中的热化学转化获得的固体材料”。生物炭可用于多种用途，如作为用于土壤改良、提高资源利用效率、修复和/或防止特定环境污染的试剂以及作为缓解温室气体(GHG)的途径。此外，要被承认为生物炭，材料必须通过多种材料性质定义，这些材料性质定义既涉及其价值(例如，H/Corg比涉及炭化程度，因此涉及土壤中的矿化程度)也涉及其安全性(例如，重金属含量)。AmericanAssociationofPlantFoodControlOfficials(“AAPFCO”)将生物炭定义为“由生物质在氧气受限的环境中的热转化(热解)获得的包含至少60％碳的固体材料”。原料可包括作物残茬、木材或其它森林废物以及动物粪便。不能使用在盐水中运输的、涂漆的或用防腐剂处理的材料。当在成分说明中列出生物炭时，原料应通过将术语生物炭前缀用于生产其的原料来指明；即，家禽垃圾生物炭、绿色垃圾生物炭、造纸厂生物炭等。当涉及多于一种原料时，超过总体积的10％的所有原料将以体积递减的方式列出。生物炭通过生物质的热解产生，生物质的热解通常涉及在缺氧环境中以预定速率加热和/或燃烧有机物质。当物料达到木炭样阶段时，停止这种加热和/或燃烧。所得的生物炭由多块充满裂缝、孔和洞的残余固体物质组成，这些裂缝、孔和洞有助于储存水、微生物和促进植物生长的其它营养物质。为本申请的目的，所得的热解生物质将被称为“原或未处理生物炭(raworuntreatedbiochar)”。尽管原生物炭因其土壤增强特性而为人所知，但其并不总是有益于土壤，并且根据生产生物炭的生物质，原生物炭可能对土壤有害，使其不适合用于多种类型的作物或其它生产用途。特别是，生物炭对于以下可能是有害甚至有毒的：1)涉及植物营养物输送的土壤微生物；2)植物；和3)人。源自不同生物质的原生物炭将具有不同的物理和化学性质，并且行为会有很大不同。例如，具有以下性质的原生物炭能够对土壤和其所供养的植物生命有害和/或具有最小益处：具有过高的pH水平，包含过多灰分、过多其它可能在高水平时引起毒性的无机物质，或者包含毒素或过高的重金属含量。原生物炭还可包含不可接受水平的残余有机化合物，诸如酸、酯、醚、酮、醇、糖、苯基化合物、烷烃、烯烃、酚、多氯联苯或者对植物或动物生命有毒或不利的聚芳烃或单芳烃。虽然一些注意力已集中在使用原生物炭结合控制和调控植物和草木(例如，作物)的生长，生物炭作为土壤改良剂的商业和广泛采用尚未发生。这些失败有几个原因。如上所述，生物炭可源自可变和不同来源。因此，这些材料具有非常不一致和不可预测的性质。这些不一致性和缺乏可预测性使其使用困难，并且在许多情况下是有问题的。Jeffery等在Agriculture，Ecosystems，andEnvironment(2011)(“Jeffery”)中汇编了源自全球各地的若干生物炭领域试验的结果。这些试验最多只能显示生物炭施用的不太明显的改善，并且实现这些不太明显的结果所需的施用量却很显著。(见Jeffery，第175页和图1)。甚至最近，Spokas等在JournalofEnvironmentalQuality(2012年7月)发表了Biochar：AsynthesisofItsAgronomicImpactbeyondCarbonSequestration，其显示了当将未经处理的生物炭添加到土壤时，其可如何得到从非常正面到非常负面的非常不同的经济和农业结果。还参见，Buss等，Inherentorganiccompoundsinbiochar-Theircontent，compositionandpotentialtoxiceffects，JournalofEnvironmentalManagement156(2015)。在Lehmann等的“BiocharforEnviromentalManagement”(2006)(“Lehmann”)中，引证了一位先驱研究员Lehmann关于生物炭的内容，“...variabilityishighanditisnotyetclearunderwhatsoilandclimaticconditionshighorlowyieldscanbeexpected(变异性很高，而且尚不清楚在什么样的土壤和气候条件下可预期高或低的产量”(Lehmann，Chp.12，第207页)。人们相信，这些不一致和不成熟的结果在生物炭工作中是常见的。由于大多数不能产生具有可预测性质和结果的生物炭，因此这些材料如生物炭的使用可具有有限的、零星的或者很少或没有有益作用。在某些情况下，使用可能是有问题和有害的，例如较低的作物产量，并且在某些情况下，作物的死亡率和/或死亡会增加。目前，生物炭主要是科学求知欲，没有发现广泛使用，没有发现大规模商业应用，并已被降级归为小的利基应用。在本专利技术之前，尚未获得具有可预测、可控和有益结果的生物炭，因此禁止大规模应用。一般来说，本领域已通过尝试更好地选择或筛选起始材料或改进用于制备未处理生物炭的热解或其它方法而非识别、控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
多个多孔碳质颗粒，其中按重量和体积测量的至少75％的颗粒具有小于或等于10mm的粒径，并且其中多个多孔碳质颗粒具有以下：(i)大于或等于50％的大孔体积与总孔体积之比，(ii)大于30vol％的持水能力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.15 US 62/162,219;2015.10.01 US 14/873,0531.多个多孔碳质颗粒，其中按重量和体积测量的至少75％的颗粒具有小于或等于10mm的粒径，并且其中多个多孔碳质颗粒具有以下：(i)大于或等于50％的大孔体积与总孔体积之比，(ii)大于30vol％的持水能力。2.根据权利要求1所述的多个多孔碳质颗粒，其中多个多孔碳质颗粒含有至少55wt％的碳。3.根据权利要求1所述的多个多孔碳质颗粒，其中在MED试验方法下多个多孔碳质颗粒的疏水性的指数为4或更低。4.根据权利要求1所述的多个多孔碳质颗粒，其中批次中的多个多孔碳质颗粒的体积密度按重量测量为0.1至0.6g/cm3。5.根据权利要求1所述的多个多孔碳质颗粒，其中批次中的多个多孔碳质颗粒不含可检出的四聚二恶英、五聚二恶英或六聚二恶英。6.根据权利要求1所述的多个多孔碳质颗粒，其中批次中的多个多孔碳质颗粒符合低于0.75ng/kgWHO-PCDD/F-TEQ//kg的二恶英欧盟饲料限量。7.根据权利要求1所述的多个多孔碳质颗粒，其中多个多孔碳质颗粒含有低于5wt％的挥发性有机化合物。8.根据权利要求1所述的多个多孔碳质颗粒，其中多个多孔碳质颗粒具有大于或等于5毫当量/升的阳离子交换能力。9.根据权利要求1所述的多个多孔碳质颗粒，其中多个多孔碳质颗粒的阴离子交换能力大于或等于5毫当量/升。10.根据权利要求1所述的多个多孔碳质颗粒，其中通过将液体灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中对多孔碳质颗粒进行处理。11.根据权利要求10所述的多个多孔碳质颗粒，其中通过将液体灌注到多个多孔碳质颗粒的多于25％的孔中对多孔碳质颗粒进行处理。12.根据权利要求10所述的多个多孔碳质颗粒，其中用于将液体快速灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中的处理是真空加工处理。13.根据权利要求10所述的多个多孔碳质颗粒，其中用于将液体灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中的处理是表面活性剂灌注处理。14.根据权利要求10所述的多个多孔碳质颗粒，其中用于将液体灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中的处理包括表面活性剂灌注处理和真空灌注处理二者。15.多个多孔碳质颗粒，其中至少75％的颗粒具有小于或等于10mm的粒径，其中当进行Bontchev-Cheyne试验时，多个多孔碳质颗粒在43℃至60℃区间中显示大于1％的重量减轻。16.根据权利要求15所述的多个多孔碳质颗粒，其中多个多孔碳质颗粒具有大于或等于50％的大孔体积与总孔体积之比。17.根据权利要求15所述的多个多孔碳质颗粒，其中多个多孔碳质颗粒具有大于50wt％的持水能力。18.根据权利要求15所述的多个多孔碳质颗粒，其中已通过将液体快速灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中对多孔碳质颗粒进行处理。19.根据权利要求18所述的多个多孔碳质颗粒，其中用于将液体快速灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中的处理是真空加工处理。20.多个多孔碳质颗粒，其中按重量和体积测量的至少75％具有小于或等于10mm的粒径，并且其中多个多孔碳质颗粒具有以下：(i)大于或等于50％的大孔体积与总孔体积之比，和(ii)多个多孔碳质颗粒在MED测试方法下的疏水性具有4或更低的指数。21.多个多孔碳质颗粒，其中多个多孔碳质颗粒包含至少55wt％的碳，并且其中多个多孔碳质颗粒具有以下：(i)使用汞孔隙率测定至少70vol％的孔小于50,000纳米，(ii)在MED试验方法下多个多孔碳质颗粒的亲水性具有4或更低的指数，(iii)多个多孔碳质颗粒的二恶英含量符合低于0.75ng/kgWHO-PCDD/F-TEQ//kg的欧盟饲料限量。22.多个多孔碳质颗粒，其中按体积和重量测量的至少75％的颗粒具有小于或等于10mm的粒径，并且其中多个多孔碳质颗粒具有以下：(i)大于或等于50％的大孔体积与总孔体积之比，(ii)介于5-8.5的中性pH，(iii)大于30vol％的持水能力。23.根据权利要求22所述的多个多孔碳质颗粒，其中通过将液体灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中对多个多孔碳质颗粒的pH进行调节，并且其中一旦在处理后正常化，pH可持续至少六个月的时间而没有显著变化。24.根据权利要求22所述的多个多孔碳质颗粒，其中pH为6.2至7.8。25.根据权利要求22所述的多个多孔碳质颗粒，其中通过将液体灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中对多个多孔碳质颗粒进行处理。26.根据权利要求25所述的多个多孔碳质颗粒，其中用于将液体灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中的处理是真空加工处理。27.根据权利要求25所述的多个多孔碳质颗粒，其中用于将液体灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中的处理是表面活性剂灌注处理。28.根据权利要求25所述的多个多孔碳质颗粒，其中用于将液体灌注到多个多孔碳质颗粒的孔中的处理包括表面活性剂灌注处理和真空灌注处理二者。29.多个多孔碳质颗粒，其中按重量和体积测量的至少75％的颗粒具有小于或等于10mm的粒径，并且其中多个多孔碳质颗粒具有以下：(i)大于或等于50％的大孔体积与总孔体积之比，和(ii)多于25％的大孔体积用包含土壤增强剂的溶液填充。30.根据权利要求29所述的多个多孔碳质颗粒，其中多个多孔碳质颗粒含有小于5wt％的挥发性有机化合物。31.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：R邦特切夫，HS金，RW威尔逊，RW贝尔彻，C切尼，LE曼泽尔，ML加兰德，H万，R马尔雅拉，
申请(专利权)人：酷星球能源系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US