利用园林废弃物生产生物炭的方法技术

本发明专利技术公开了利用园林废弃物生产生物炭的方法，步骤：将园林废弃物和沼气厌氧发酵液混匀，调pH，厌氧发酵，固液分离，得到第一固体和液体，将第一固体和去离子水混合，水热炭化，降至室温，固液分离，水洗，干燥得到生物炭。本发明专利技术以园林废弃物为原料制备生物炭，厌氧发酵，可有效改善生物质木质纤维素构成比例并打破生物质内部的嵌合结构，强化制炭过程中传质传热过程，富集木质素组分，利于后续水热炭化过程中提高生物炭的产量和比表面积。本发明专利技术耗能低，水热炭化的热处理能量只对应厌氧发酵后的难降解的消化物组分，节省了可生物降解部分的能量。同时，避免了热解炭化温度较高，引起的微粒团聚现象。本发明专利技术的方法不需要催化剂及脱毒处理。

【技术实现步骤摘要】
利用园林废弃物生产生物炭的方法
本专利技术属于生物质资源化能源化利用领域，具体涉及一种利用园林废弃物生产生物炭的方法。
技术介绍
园林废弃物主要指园林植物自然凋落或人工修剪所产生的枯枝、落叶、草屑、花败、树木与灌木剪枝等其他植物残体，是一种潜在的未充分利用的可再生生物质原料，随着城市化进程的加快，城市绿量逐渐上升，为此，带来的绿化废弃物消纳问题凸显出来。据保守统计，我国每年产生的园林废弃物在3000万吨以上，随着我国环保要求的提升，开发新型高效的园林废弃物资源化利用技术尤为迫切，也符合我国在能源发展与环境保护领域的需求。园林废弃物中木质素、纤维素含量高，是制备生物炭的较好原料，通过热解炭化可有效资源化利用，但目前存在炭转化效率和比表面积低的技术瓶颈，限制了其在环境等方面的应用。目前，常采用化学活化法(酸、碱及有机溶剂)、物理法(粉碎、焙烧)来增加生物炭比表面积及产率，以提高生物炭的性能。但依然存在操作复杂，成本较高，化学试剂回收难、需脱毒、产生二次污染等问题，效果仍不够理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的比表面积小、产率低、需要引入催化剂等其他化学药剂等不足，提供一种低成本、操作简单且环境友好、比表面积高、产量大的利用园林废弃物生产生物炭的方法。本专利技术的技术方案概述如下：利用园林废弃物生产生物炭的方法，包括如下步骤：按质量比1：(13～15)的比例，将含水率为2％-10％、长度为1～4cm的园林废弃物和沼气厌氧发酵液混合均匀，调节pH为7.0-7.5，置于厌氧发酵反应器中厌氧发酵，得发酵产物；固液分离，得到第一固体和液体，按质量比1：(9～12)的比例，将第一固体和去离子水混合，放入水热反应釜中进行水热炭化，降至室温，固液分离，得到第二固体，水洗第二固体，干燥得到生物炭。沼气厌氧发酵液总固体含量为2％～3％，pH为7.5～7.8，来自牛粪沼气厌氧发酵沼液。厌氧发酵的步骤为：37～38℃；每隔8～10h搅拌一次，每次搅拌15～20min，厌氧发酵10-30天。发酵的天数优选20天。水热炭化的步骤优选为：在搅拌速率为100～120rpm，升温速率为10～20℃/min，升温至190～270℃，在压力为0.5～3.5MPa，停留时间为1～1.5h。本专利技术的优点：(1)以园林废弃物为原料制备生物炭，实现废物有效再利用。(2)厌氧发酵处理原料，可有效改善生物质木质纤维素构成比例并打破生物质内部的嵌合结构，强化制炭过程中传质传热过程，富集木质素组分，利于后续水热炭化过程中提高生物炭的产量和比表面积。(3)具有条件温和、原料不需要干燥处理，耗能低等优点。水热炭化的热处理能量只对应厌氧发酵后的难降解的消化物组分，节省了可生物降解部分的能量。同时，避免了热解炭化温度较高，引起的微粒团聚现象。(4)本专利技术的方法不需要催化剂及脱毒处理，是一种低成本、低能耗、操作简单且环境友好的处理方法。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1利用园林废弃物生产生物炭的方法，包括如下步骤：将15g自然晒干的、含水率为2％、长度为1～4cm的园林废弃物梧桐落叶和225g沼气厌氧发酵液混合均匀，调节pH为7.2，置于厌氧发酵反应器中，通入氮气10min，排出空气，37℃；每隔9h搅拌一次，每次搅拌18min，厌氧发酵10天，得发酵产物；固液分离，得到第一固体和液体，取干燥的10g第一固体和90g去离子水混合，放入水热反应釜中在搅拌速率为120rpm，升温速率为14℃/min，升温至190℃，在压力为0.5MPa，停留时间为1.5h进行水热炭化，通入循环水进行冷却至室温，固液分离，得到第二固体，去离子水冲洗至中性，在105℃下干燥12h得到生物炭。沼气厌氧发酵液总固体含量为2.5％，pH为7.6，来自牛粪沼气厌氧发酵沼液。其产率为77％，比表面积为14.87m2/g。相对于未厌氧发酵处理，生物炭产率为59.3％，比表面积为10.96m2/g，产率和比表面积分别提高了29.8％和35.7％。实施例2利用园林废弃物生产生物炭的方法，包括如下步骤：将15g自然晒干的、含水率为10％、长度为1～4cm的园林废弃物柳树落叶和195g沼气厌氧发酵液混合均匀，调节pH为7.0，置于厌氧发酵反应器中，通入氮气10min，排出空气，37.5℃；每隔8h搅拌一次，每次搅拌15min，厌氧发酵20天，得发酵产物；固液分离，得到第一固体和液体，取干燥的10g第一固体和100g去离子水混合，放入水热反应釜中在搅拌速率为100rpm，升温速率为10℃/min，升温至230℃，在压力为2.5MPa，停留时间为1h进行水热炭化，通入循环水进行冷却至室温，固液分离，得到第二固体，去离子水冲洗至中性，在105℃下干燥12h得到生物炭。沼气厌氧发酵液总固体含量为2％，pH为7.5，来自牛粪沼气厌氧发酵沼液。其产率为62.6％，比表面积为33.62m2/g。相对于未厌氧发酵处理，生物炭产率为53.45％，比表面积为12.21m2/g，产率和比表面积分别提高了17.1％和175.7％。实施例3利用园林废弃物生产生物炭的方法，包括如下步骤：将15g自然晒干的、含水率为5％、长度为1～4cm的园林废弃物杨树叶和210g沼气厌氧发酵液混合均匀，调节pH为7.5，置于厌氧发酵反应器中，通入氮气10min，排出空气，38℃；每隔10h搅拌一次，每次搅拌20min，厌氧发酵30天，得发酵产物；固液分离，得到第一固体和液体，取干燥的10g第一固体和120g去离子水混合，放入水热反应釜中在搅拌速率为110rpm，升温速率为20℃/min，升温至270℃，在压力为3.5MPa，停留时间为1h进行水热炭化，通入循环水进行冷却至室温，固液分离，得到第二固体，去离子水冲洗至中性，在105℃下干燥12h得到生物炭。沼气厌氧发酵液总固体含量为3％，pH为7.8，来自牛粪沼气厌氧发酵沼液。其产率为43.4％，比表面积为44.89m2/g。相对于未厌氧发酵处理，生物炭产率为40.9％，比表面积为15.15m2/g，产率和比表面积分别提高了6.1％和196.3％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用园林废弃物生产生物炭的方法，其特征是包括如下步骤：/n按质量比1：(13～15)的比例，将含水率为2％-10％、长度为1～4cm的园林废弃物和沼气厌氧发酵液混合均匀，调节pH为7.0-7.5，置于厌氧发酵反应器中厌氧发酵，得发酵产物；固液分离，得到第一固体和液体，按质量比1：(9～12)的比例，将第一固体和去离子水混合，放入水热反应釜中进行水热炭化，降至室温，固液分离，得到第二固体，水洗第二固体，干燥得到生物炭。/n

【技术特征摘要】
1.利用园林废弃物生产生物炭的方法，其特征是包括如下步骤：
按质量比1：(13～15)的比例，将含水率为2％-10％、长度为1～4cm的园林废弃物和沼气厌氧发酵液混合均匀，调节pH为7.0-7.5，置于厌氧发酵反应器中厌氧发酵，得发酵产物；固液分离，得到第一固体和液体，按质量比1：(9～12)的比例，将第一固体和去离子水混合，放入水热反应釜中进行水热炭化，降至室温，固液分离，得到第二固体，水洗第二固体，干燥得到生物炭。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述沼气厌氧发酵液总固体含量为2％～3％...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠益，王燕杉，宋英今，钟磊，崔孝强，颜蓓蓓，张颖秀，孟姝妍，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12