一种生物质基炭粉粘结剂的制备及其应用制造技术

活性炭因具有比表面积大、吸附能力强等特点作为吸附剂已经广泛应用于食品、医药、化工、环保等诸多领域,但是粉体活性炭吸附后难以分离、回收困难，粉体活性炭通过粘结剂成型可以克服以上缺点。现有的粘结剂存在价格昂贵、成型效果差、潜在二次污染等问题，开发低廉、绿色环保的炭粉粘结剂迫在眉睫。本发明专利技术将废弃生物质在特定的水热条件下进行改性处理，处理后得到所述的生物质基炭粉粘结剂。与传统的粘结剂相比该粘结剂具有制备工艺简单、成本低、可再生、绿色环保等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质基炭粉粘结剂的制备及其应用
本专利技术涉及废弃生物质处理处置，属于环境保护与资源综合利用领域的固体废弃物资源化利用新技术，尤其适合于数量巨大的秸秆、竹屑等废弃生物质的高附加值资源化利用。
技术介绍
活性炭具有比表面积大、吸附能力强、酸碱度低、化学/热稳定性好等特点，在食品、医药、化工、环保等诸多领域得到了应用。粉体活性炭是工业上常用的一种炭质吸附剂，但由于体积大、堆密度小造成体积吸附量较小，而且粉体活性炭在进行水净化时难以分离、易流失、回收困难；用于空气净化时易产生粉尘污染环境，因此限制了其广泛的应用。通过将粉体活性炭制成一定的形状的成型活性炭例如圆柱状、球状、管状等可以克服以上问题。与粉体活性炭相比，成型活性炭具有可控的尺寸和形状，有较高的堆密度与强度，无粉尘污染。成型活性炭作为新一代的功能材料在储藏、运输、使用等过程中更具优势。粉体活性炭成型所用粘结剂可分为有机类和无机类两类。无机类粘结剂可以提高成型活性炭的机械强度，但是添加量较少不能成型；而添加量过多会导致活性炭中炭含量减少，吸附性能降低。目前大多工业用成型活性炭采用有机粘结剂。有机粘结剂成型时可以得到较高比表面积的成型活性炭，但是有机粘结成型的活性炭机械性能较低，在储运用过程中容易老化掉屑，且成型后的活性炭难以再生。另外，大多有机粘结剂成型过程中需要将粘结剂和炭粉加热至一定温度，耗能较高，且存在二次污染风险。本专利技术以废弃生物质为原料通过对生物质进行改性制备了生物质基炭粉粘结剂，该粘结剂具有绿色、环保、价格低廉等特点。废弃生物质制备生物质基炭粉粘结剂的同时也为大量的废弃生物质找到了一条行之有效的高附加值利用技术。
技术实现思路
本专利技术针对现有活性炭成型粘结剂价格昂贵、成型性能差的现状，结合我国废弃生物质资源丰富的优势，确立了一种以废弃生物质改性制备生物质基炭粉粘结剂的新工艺。具体工艺特征在于：将废弃生物质、水以一定的比例混合后，将所得混合物放入水热反应器并在一定条件下进行水热处理，冷却至室温后进行固液分离，所得固体干燥、粉碎后即得所述生物质基炭粉粘结剂。所述的废弃生物质以干基计，其与水热处理时所加入的水的质量配比在1:1-1:10之间。所述的水热处理温度优选为150-300oC,处理时间为30-90分钟。所述的水热处理后固体干燥后粉碎至80-200目。所述的粘结剂跟炭粉充分混合后室温模压成型，模压压力为5-30Mpa,保压时间0.5-10min,然后脱模得到成型活性炭。本专利技术的优点如下：本专利技术的专利技术人创造性选择了对废弃生物质的水热改性处理。该处理可以同时达到以下目的：1.水热处理过程中部分生物质组分会发生水热炭化反应，所以该处理降低了生物质的生物可降解性即提高了生物质的稳定性；2.通过水热处理不仅能使废弃生物质减少粒子尺寸分布的范围(即均一化)，产生明显的孔结构，而且会在其表面引入丰富的含氧极性官能团(如酚羟基、羧基、醛基、内酯基等)。相对均匀的粒子尺寸、增加的孔结构使得水热生物质粒子在成型过程中粒子之间的物理作用力加大，增强粒子之间的作用力利于成型；同时表面的极性官能团使粒子成型过程中不仅存在高的范德华力、色散力，在模压过程中表面的官能团(主要是含氧极性官能团)之间可以通过液桥、氢键等成型力成型。3.生物质中三大化学组分半纤维素、纤维素和木质素水热改性后形成的呋喃树脂结构以及多酚结构本身就是非常好的天然粘结剂(成型力如图1所示)。水热过程中生物质(干基)与水的混合比例在1:1-1:10之间。太低的水加入量会导致生物质炭化不彻底，而太高的水加入量会大大增加水热处理的能耗，同时产生大量的废水。水热处理温度为150-300oC,处理时间为30-90分钟。太低的温度和太短的时间会导致生物质的孔结构不发达和表面官能团有限；而太高的反应温度和太长的反应时间不仅会增加处理过程的能耗而且会导致水热处理后生物质中孔结构的坍塌以及表面官能团的脱落。所述的水热处理后固体干燥后粉碎至80-200目。太细的粒度增加粉碎过程的能耗，还会堵塞活性炭粉的孔结构造成成型后活性炭比表面积降低，而太大的粒子由于在模压过程中空隙太大，相邻粒子之间难以形成强的成型力。所述的粘结剂跟炭粉充分混合后室温模压成型，模压压力优选为3-30MPa,保压时间优选为0.5-10min,然后脱模得到成型活性炭。太高的压力以及长的时间增加处理过程能耗，还会破坏成型活性炭的孔结构；而太低的压力和太短的时间会导致成型活性炭的机械强度太低。本专利技术制备的炭粉粘结剂以可再生的废弃生物质如秸秆、树叶、竹屑等为原料制备，具有成本低、环境友好的特点。下面结合说明书附图及实施方案进一步阐述本专利技术的内容。附图说明图1水热改性提升生物质成型力的作用原理示意图。图2废弃生物质制备生物质基炭粉粘结剂的生产工艺流程示意图。具体实施方式本专利技术使用可再生的废弃生物质如木质纤维素生物质秸秆(玉米秸秆、棉花秸秆等)、树叶、竹屑等以及非木质纤维素生物质如畜禽粪便(猪粪、鸡粪、牛粪等)、市政污泥、水藻等为原料制备。实施例11.材料准备废弃生物质采用玉米秸秆，秸秆干燥后粉碎备用；2.粘结剂的制备1)将玉米秸秆(干基)、水以1:5的比例充分混合；2)混合物转移至水热反应釜后，密封；3)反应釜加热至250oC进行水热处理，水热处理时间60min后停止加热，自然冷却至室温；4)反应釜中混合物进行离心固废分离后得到的固体产物；5)固体产物室温干燥后粉碎至100目即为所述粘结剂。3.粘结剂-炭粉制备成型活性炭1)活性炭(80目，比表面积890m2/g)和本专利技术制备的粘结剂按照5:2质量比后充分混合；2)混合后在模压压力5Mpa压力下保持1min后脱模(圆柱形长5cm，直径1.5cm)；4.成型活性炭的性能测定1)比表面积采用氮气吸附-脱附方法进行。吸附之前成型活性炭在120oC条件下脱气2h；2)机械强度在万能试验机上测试抗压强度。分析结果如表1所示。实施例21.材料准备生物质原料采用竹屑。2.粘结剂的制备除1)用竹屑代替玉米秸秆；3)水热温度220oC,水热处理时间45min；5)固体干燥后粉碎至80目外均与实施例一相同。1.3.粘结剂-炭粉制备成型活性炭除1)粉体活性炭和粘结剂按照5:1质量比充分混合；2)中模压10Map，保持压力2min外均与实施例一相同。4.成型活性炭性能测定与实施例1相同。分析结果如表1所示。实施例31.材料准备生物质原料采用竹屑。2.粘结剂的制备除3)水热温度250oC,水热处理时间60min外均与实施例一相同。3.粘结剂-炭粉制备成型活性炭除2)中模压15Map，保持压力2min外均与实施例1相同。4.成型活性炭性能测定与实施例1相同。分析结果如表1所示。表1.通过本专利技术制备的粘结剂成型活性炭的比表面积和抗压强度。实施例比表面积(m2/g)抗压强度(MPa)一6805二74610三72815从表1可以看出，本通过专利技术制备的生物质基炭粉粘结剂成型的成型活性炭具有非常高的机械强度，并且由于本专利技术制备的粘结剂本身存在孔结构，所以成型活性炭具有非常高的比表面积。另外，本专利技术制备的粘结剂以废弃生物质为原料，具有成本低、绿色环保等优点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质基炭粉粘结剂的制备及其应用，其特征在于：将废弃生物质和水按照一定的比例混合后，将所得混合物放入水热反应器在一定条件下进行水热处理，冷却至室温后进行固液分离，所得固体即所述生物质基炭粉粘结剂。

【技术特征摘要】
1.一种生物质基炭粉粘结剂的制备及其应用，其特征在于：将废弃生物质和水按照一定的比例混合后，将所得混合物放入水热反应器在一定条件下进行水热处理，冷却至室温后进行固液分离，所得固体即所述生物质基炭粉粘结剂。2.根据权利要求1所述的一种生物质基炭粉粘结剂的制备及其应用，其特征是：所述的生物质以干基计，水热处理时所加入的水的质量配比在1:1-1:10之间。3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种生物质基炭粉粘结剂的制备及其应用，其特征是：所述的水热处理温度为150-300℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振刚，李东，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11