固废生物质制备有序介孔碳-金属复合材料联产生物炭的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于环保材料技术领域，提供了一种固废生物质制备有序介孔碳‑金属复合材料联产生物炭的装置与方法，包括中央控制单元、进料单元、双螺旋混料传送装置、多功能反应器、pH调节器、固液分离装置、水热耦合炭化装置和热解气循环装置。针对有序介孔碳领域苯酚、甲醛等碳前驱体有毒有害的问题，研发了稀酸耦合金属盐催化水热酸解固废生物质代替有毒试剂，并可实现固废生物质高值化利用。金属盐的原位掺杂可获得有序介孔碳‑金属盐复合材料，该产品兼备双电层和赝电容储能特质，电储量优异。金属盐的原位催化可获得高孔隙率的生物炭材料。一体化设备的设计实现了酸解、固化和炭化连续式运行，有利于实现工业化推广和应用。

【技术实现步骤摘要】
固废生物质制备有序介孔碳-金属复合材料联产生物炭的装置与方法
本专利技术属于环保材料
，尤其涉及一种利用固废生物质作为碳前驱体制备有序介孔碳-金属复合材料的装置与方法，可实现高品质生物炭的同步制备。
技术介绍
有序介孔碳是一种孔道排列有序，孔径尺寸可调控、孔径大小介于2～50nm之间的新型纳米结构材料，近年来被广泛应用于储能、催化、传感和水污染治理等多个领域。有序介孔碳制备的三大要素是：前驱物、结构导向剂和溶剂，其中常见的前驱物包括苯酚、间二苯酚、甲醛、苯三酚、环六亚甲基四胺等。例如，中国专利文献CN108483421A公开了一种以间氨基苯酚和对苯二甲醛为前驱物制备富氮有序介孔碳的方法；中国专利文献CN107890869A公开了一种以间苯二酚、三聚氰胺和甲醛为前驱物，硫酸钴为添加剂，高温炭化制备磁性载钴有序介孔碳的方法。上述方法均存在以下问题：苯酚和甲醛等有毒有害化学试剂作为前驱物的使用，不仅导致生产成本过高，且合成过程中会对工人及环境造成危害。全国每年固废生物质排放量高达几十亿吨，所带来的垃圾渗滤液、大气、水体及土壤污染问题也极其严峻。中国专利文献CN107416791A曾公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固废生物质制备有序介孔碳‑金属复合材料联产生物炭的装置，其特征在于，所述的固废生物质制备有序介孔碳‑金属复合材料联产生物炭的装置包括中央控制单元(1)、进料单元(2)、双螺旋混料传送装置(3)、多功能反应器(4)、pH调节器(5)、固液分离装置(6)、水热耦合炭化装置(7)和热解气循环装置(8)；所述的中央控制单元(1)设有互锁式联动控制系统和程序式控制系统，并通过管线分别与双螺旋混料传送装置(3)、多功能反应器(4)和水热耦合炭化装置(7)连接，实时在线观察控制；所述的进料单元(2)通过原料卸料阀(9)与双螺旋混料传送装置(3)的进口相连通，用于输送固废生物质原料；所述的双螺旋混料传...

【技术特征摘要】
1.一种固废生物质制备有序介孔碳-金属复合材料联产生物炭的装置，其特征在于，所述的固废生物质制备有序介孔碳-金属复合材料联产生物炭的装置包括中央控制单元(1)、进料单元(2)、双螺旋混料传送装置(3)、多功能反应器(4)、pH调节器(5)、固液分离装置(6)、水热耦合炭化装置(7)和热解气循环装置(8)；所述的中央控制单元(1)设有互锁式联动控制系统和程序式控制系统，并通过管线分别与双螺旋混料传送装置(3)、多功能反应器(4)和水热耦合炭化装置(7)连接，实时在线观察控制；所述的进料单元(2)通过原料卸料阀(9)与双螺旋混料传送装置(3)的进口相连通，用于输送固废生物质原料；所述的双螺旋混料传送装置(3)设有两条正向螺旋搅拌桨，实现物料混合和传送；双螺旋混料传送装置(3)顶部设有金属盐进料阀(10)和稀酸进料阀(11)，通过金属盐进料阀(10)和稀酸进料阀(11)分别控制添加金属盐和稀酸；pH传感器(12)设置固定在双螺旋混料传送装置(3)内，pH传感器(12)与pH调节器(5)相连，实时监控并调节双螺旋混料传送装置(3)的酸度，以确保反应顺利进行；双螺旋混料传送装置(3)通过混料卸料阀(13)和多功能反应器(4)的进口相连；所述的多功能反应器(4)设有压力传感器(14)、温度传感器(15)、高温加压-微波式加热装置(16)、酸解卸料阀(17A)、生物炭卸料阀(17B)和热解气排出阀(18)；通过压力传感器(14)和中央控制单元(1)协同调控酸解阶段系统内压力；通过温度传感器(15)和中央控制单元(1)协同调控酸解及炭化阶段系统内温度，保证其安全有效运行；通过高温加压-微波式加热系统(16)实现固废生物质酸解脱羧及水解渣炭化制备生物炭；通过多功能反应器(4)底部的酸解卸料阀(17A)与固液分离装置(6)的进口相连；通过热解气排出阀(18)和热解气循环装置(8)相连；所述的固液分离装置(6)设有传送单元(19)及固液卸料阀(20)，传送单元(19)将固液分离后的水解渣经酸解卸料阀(17A)传送回多功能反应器(4)；固液分离装置(6)底部的固液卸料阀(20)与水热耦合炭化装置(7)的进口相连；所述的水热耦合炭化装置(7)设有模板剂进料阀(21)、磁力搅拌系统(22)、高温加压-蓄热式加热装置(23)、保护气载气系统(24)、终端卸料阀(25)和热解气排出阀(26)；水热耦合炭化装置(7)通过热解气排出阀(26)与热解气循环装置(8)进口相连，将有序介孔碳-金属复合材料制备过程中热解气引入热解气循环装置(8)；所述的热解气循环装置(8)设有热解气进气阀(27)，其通过热解气进气阀(27)与多功能反应器(4)相连，实现水解渣炭化阶段热解气的循环利用。2.一种固废生物质制备有序介孔碳-金属复合材料联产生物炭的方法，其特征在于，步骤如下：Ⅰ浸渍-酸解阶段：将固废生物质原料经由进料单元(2)的原料卸料阀(9)输送到双螺旋混料传送装置(3)中；然后，分别通过金属盐进料阀(10)和稀酸进料阀(11)添加金属盐及稀酸，并利用双螺旋搅拌桨充分混合固废生物质原料、稀酸和金属盐；于此同时，利用pH传感器(12)和pH调节器(5)调控混合液pH；充分混匀后，由混料卸料阀(13)将固液混合物输送到多功能反应器(4)中，启用多功能反应器(4)的压力传感器(14)、温度传感器(15)和高温加压-微波式加热装置(16)，通过中央控制单元(1)调控酸解阶段反应器水解压力、水解温度和水解时间，实现混合料的均匀浸渍和固废生物质充分水解；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高原，李爱民，王欣，姬国钊，张雷，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21