一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法技术

本发明专利技术公开一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法，包括以下步骤：将花生壳生物质粉碎研磨，过筛、干燥，得到花生壳粉，将所述花生壳粉加入氯化钾溶液中搅拌浸渍以活化，真空干燥将溶液蒸发，得到钾活化的花生壳粉；在惰性气氛下，将所述钾活化的花生壳粉以5

【技术实现步骤摘要】
一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法


[0001]本专利技术涉及农业废弃生物质转化利用
，具体涉及一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法。

技术介绍

[0002]花生壳是一种廉价易得、来源丰富的农业废弃物，也是一种用途广泛的生物质资源。花生壳主要由占比80％以上的纤维素、半纤维素和木质素组成，具有绿色、清洁和可再生的优良特性，可有效替代传统化石资源作为清洁能源、燃料和增值产品使用。花生壳全球年产量高达1100万吨，其中，我国年产量约为500万吨。然而，大部分花生壳都以填埋或堆放焚烧的方式处理，不仅浪费了生物质资源，更污染了环境。
[0003]热解是将花生壳生物质热化学转化利用的有力手段。花生壳热解可以产生生物碳、焦油和热解气(如CO/H2，CH4和C2H4)，它们可以作为燃料和高附加值产品，从而实现经济发展和环境保护的双重效益。现有技术中花生壳热解转化为能量或花生壳制备高性能生物碳的相关研究已有报道，但传统花生壳制备生物碳的过程忽略了释放的焦油和热解气，而花生壳热解回收能量过程产生的焦油含氧组分过高、容易变质，且副产的生物碳孔容和比表面积较小，应用较有限。因此，将花生壳农业废弃物热解回收能量和制备高性能生物碳的过程耦合对其资源最大化利用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法。
[0005]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0006]一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将花生壳生物质粉碎研磨，过筛、干燥，得到花生壳粉，将所述花生壳粉加入氯化钾溶液中搅拌浸渍以活化，真空干燥将溶液蒸发，得到钾活化的花生壳粉；
[0008](2)在惰性气氛下，将所述钾活化的花生壳粉以5
‑
30℃/min的速率升温至650
‑
850℃进行热解，回收热解气和高品质焦油，同时制得高性能生物碳。
[0009]在一些优选的实施方式中，所述花生壳粉的研磨过筛目数为200目。
[0010]在一些优选的实施方式中，所述氯化钾的质量占花生壳粉的百分比例为1.0wt％
‑
3.0wt％。
[0011]在一些优选的实施方式中，所述花生壳与所述氯化钾溶液的料液比为0.5g/20mL
‑
2.0g/20mL。
[0012]在一些优选的实施方式中，所述搅拌浸渍的时间为12
‑
36h。
[0013]在一些优选的实施方式中，所述真空干燥的温度为80℃，干燥时间24
‑
72h。
[0014]在一些优选的实施方式中，所述惰性气氛为高纯氮气，氮气流量为20
‑
100mL/min。
[0015]在一些优选的实施方式中，所述热解的时间小于等于2h。
[0016]本专利技术的有益效果为：
[0017]本专利技术以可再生的农业废弃物花生壳为原料，提供一种通过钾活化热解同时回收能量和制备高性能生物碳的耦合方法，其来源丰富易得、生产成本低廉、制备工艺简单，有利于规模化工业生产，和其他焦油和生物炭生产方法相比，本专利技术可以在回收热解气和较低氧含量焦油的同时制备具有较高比表面积和孔容的生物碳材料。本专利技术所述热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法通过采用极少量的钾活化花生壳热解，有效促进花生壳含氧官能团(如m/z＝18，28，29和44)的裂解，从而提高热解气的收率，改善焦油的品质，并将生物炭的BET比表面积从1.02m2/g显著提高到503.45m2/g，微孔孔容也从0m3/g增加到0.17m3/g，因此，生产的热解气、高品质焦油和高性能生物碳具有较好的应用潜能。
附图说明
[0018]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0019]图1是本专利技术所述热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法的工艺流程图；
[0020]图2是实施例1中KCl
‑
PS在10℃/min的TG
‑
DSC曲线；
[0021]图3是实施例2中KCl
‑
PS在20℃/min的TG
‑
DSC曲线；
[0022]图4是实施例3中KCl
‑
PS在30℃/min的TG
‑
DSC曲线；
[0023]图5是实施例4和对比例4中KCl
‑
PS和PS热解主要热解气的质谱图；
[0024]图6是对比例1中PS在10℃/min的TG
‑
DSC曲线；
[0025]图7是对比例2中PS在20℃/min的TG
‑
DSC曲线；
[0026]图8是对比例3中PS在30℃/min的TG
‑
DSC曲线；
[0027]图9是实施例5和对比例5中KCl
‑
PS和PS热解前后的N2吸脱附等温线和KCl
‑
PS热解生物碳的孔径分布图；
[0028]图10是实施例5和对比例5中KCl
‑
PS和PS热解前后的SEM图：PS(a1，a2)及其衍生生物炭(b)，KCl
‑
PS(c1，c2)及其衍生生物炭(d)。
具体实施方式
[0029]结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。
[0030]实施例1
[0031]一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法，其包括如下步骤：
[0032](1)将源自广东省的废弃花生壳生物质粉碎研磨、筛分、烘干，得到200目的花生壳粉，分别称取所述花生壳粉1.5g和质量占比为1.56wt％的氯化钾，先将氯化钾完全溶解在20mL去离子水中，室温下采用浸渍法将所述花生壳粉加入到氯化钾溶液中搅拌活化24h，然后在80℃下真空干燥48h将溶液蒸发，得到钾活化的花生壳粉，记为KCl
‑
PS；
[0033](2)称取所述钾活化的花生壳粉(KCl
‑
PS)3.5
±
0.3mg，在同步热分析仪(TG
‑
DSC)中以N2流量为40mL/min、升温速率为10℃/min的条件从室温升温到800℃进行热解，800℃的热解停留时间为0h，在线测定样品质量和热量随温度/时间的变化率，回收热解气和高品
质焦油，同时制得高性能生物碳。
[0034]所述钾活化的花生壳粉的热重
‑
差热分析(TG
‑
DSC)曲线参见图2。
[0035]实施例2
[0036]一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法，其包括如下步骤：
[0037](1)将源自广东省的废弃花生壳生物质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将花生壳生物质粉碎研磨，过筛、干燥，得到花生壳粉，将所述花生壳粉加入氯化钾溶液中搅拌浸渍以活化，真空干燥将溶液蒸发，得到钾活化的花生壳粉；(2)在惰性气氛下，将所述钾活化的花生壳粉以5
‑
30℃/min的速率升温至650
‑
850℃进行热解，回收热解气和高品质焦油，同时制得高性能生物碳。2.根据权利要求1所述的一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法，其特征在于，所述花生壳粉的研磨过筛目数为200目。3.根据权利要求1所述的一种热解制备高性能生物碳和能量回收耦合化的方法，其特征在于，所述氯化钾的质量占花生壳粉的百分比例为1.0wt％
‑
3.0wt％。4.根据权利要求1所述的一种热解制...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丹，蔡卫权，党成雄，罗志佳，黄海鸿，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：