【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物质基活性炭前驱体制备，具体涉及一种木醋液结合水热碳化脱除生物质灰分制备活性炭前驱体的方法。
技术介绍
1、利用创新的技术或方法，将秸秆等农林业废弃生物质资源转化为高附加值的、具有多种功能和用途的化学品、能源产品和功能材料等产品，不仅实现了农业废弃物的高价值资源化利用，也“变废为宝”，解决了秸秆焚烧造成的环境污染问题。利用先进的热解技术，在无氧或缺氧条件下，将秸秆、木材等农林业生物质废弃物进行高温热解，可将生物质原料高效转化为生物炭、可燃气、木醋液及热解油等产品。其中，生物炭是一类富碳固态产物，具有显著提升的碳含量、较大的比表面积，丰富的微孔结构，且表面具有丰富的含氧官能团。这些独特的特点使得生物炭自身可作为一类优质的吸附材料，在废水废气处理、污染治理、农业生产、生态环境修复等方面有很高应用价值。另一方面，生物炭也可用作制备活性炭的前驱体，将生物炭通过物理活化方法、化学活化方法或物理、化学联用活化方法进行活化，可制备性能更加优良且具有更高价值的活性炭。活性炭，也被称为碳分子筛，通常具有高比表面积、发达的孔隙结构和较大的吸附容量。高品质的活性炭作为一类优质的吸附材料，在气体净化、废水处理、环保、食品、医药、化工以及军工等领域展现出很大的应用前景，已成为国民经济发展不可或缺的材料。
2、通常，秸秆组分中约有70％左右碳水化合物，20％左右木质素，其余为灰分、色素、脂肪等杂质。秸秆中多糖类高分子聚合物纤维素及半纤维素的质量分数以及碳元素的质量分数较高，由秸秆通过高温可控热解，制备的秸秆基生物质碳可用作活性炭
3、脱除生物质灰分是一种重要且有效的生物质预处理方式。目前，生物质原料的脱灰方法主要包括水洗或无机酸洗涤。生物质原料中的碱金属和碱土金属主要以离子形式或共价化合物的形式存在。对于这些灰分组分，水洗方式虽然成本低，但是脱灰效率不高，对砂石及部分水溶性的金属元素有较好的脱除效果，而对于其它灰分脱灰效果不理想。无机酸洗涤方式涉及大量的盐酸、硫酸、硝酸等强酸，在后续洗涤过程中可能需要大量用于中和的无机强碱、水，不但成本高昂，而且会造成环境污染或二次污染。另外，酸洗也会对生物质原料中的有机物组成部分造成破坏，部分酸洗残液会附着在经过预处理的生物质原料表面，从而降低生物炭的品质。这些不利因素限制了无机酸洗涤工艺的工业化应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对目前现有的上述生物质基活性炭前驱体制备技术中存在的不足，提供一类利用精制的木醋液结合水热碳化，脱除生物质原料中的灰分从而制备活性炭前驱体的方法。通过采用在生物质热解过程中生成的，经过精制的富含有机酸的水相木醋液作为液相介质，并结合水热碳化对生物质原材料进行预处理，可有效的降低生物质原料中的灰分，制备生物质基高品质活性炭前驱体。本专利技术的方法能够低成本地降低生物质原料中的灰分，从而提高生物质基活性炭前驱体的品质。所述方法充分利用酸性木醋液中的有机酸有效成分结合水热碳化对生物质原料进行预处理，克服了在生物质预处理领域单一的脱灰方法效率低下且效果不好的问题，避免使用无机酸洗涤脱灰过程中使用的强酸、强碱以及在洗涤过程中造成的污染。所述方法能够在不显著增加工艺成本的情况下，制备出生物质基高品质活性炭前驱体。所述方法具有成本低廉、易于实现工业化推广应用、环境友好，并且对生物质热解产物实现综合利用的特点。
2、为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种木醋液结合水热碳化脱除生物质灰分制备生物质基活性炭前驱体的方法，以木醋液为液相介质，对生物质原材料进行水热碳化，得到生物质基活性炭前驱体。
4、其中，所述木醋液为生物质热解过程中将挥发性烟气冷凝生成的木醋液；
5、所述生物质原材料为高灰分含量的生物质原材料。
6、具体地，所述制备生物质基活性炭前驱体的方法，包括如下步骤：
7、将用于制备活性炭前驱体的生物质原料粉碎并过筛，按一定固、液比例向其中加入木醋液，将所得混合物搅拌并在惰性气氛中升温进行水热碳化，反应完成后过滤，收集固体产物，即为生物质基活性炭前驱体；
8、上述方法中，所述木醋液通过如下方法制备得到：
9、将生物质原料粉碎、过筛、干燥，在无氧环境中高温热解，分级冷凝热解过程中产生的高温烟气，得到木醋液、热解油、生物炭和可燃气，将所得木醋液精制，即得；
10、其中，所述生物质原料为木质纤维素类生物质，具体可为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、竹材、木材、木屑、花生壳、稻壳中的至少一种；
11、所述过筛为过10-100目筛；
12、所述高温热解为将干燥后的生物质原料置于惰性气氛或真空中，在400-800℃下热解1-3h，收集烟气，分级冷凝，得到黄褐色酸性液体木醋液；
13、所述精制包括将木醋液静置、过滤、除杂、收集水相滤液。
14、所述用于制备活性炭前驱体的生物质原料为木质纤维素类生物质，具体可为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、竹材、木材、木屑、花生壳、稻壳中的至少一种；
15、所述过筛为过10-100目筛；
16、所述用于制备活性炭前驱体的生物质原料与用于制备木醋液的生物质原料相同或不同；
17、作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述用于制备活性炭前驱体的生物质原料与木醋液的配比为1:5-1:30(w/w)；
18、作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述水热碳化过程为将所述用于制备活性炭前驱体的生物质原料与木醋液的混合物搅拌，并在惰性气氛中以10-20℃/min的升温速率升温至160-220℃，体系压力为10-60bar，进行水热碳化，在该温度和压力下保留1-2h。
19、上述方法还可进一步包括将所得固体产物在20-60℃低温用水洗涤至中性、干燥的操作。
20、所述干燥为在80-110℃烘干干燥12-24小时。
21、由上述方法制得的生物质基活性炭前驱体以及由该生物质基活性炭前驱体制备的生物质基活性炭也属于本专利技术的保护范围。
22、本专利技术利用木醋液结合水热碳化的方式来脱除生物质中的无机物灰分，通过降低产物中无机物的含量和提高有机碳的含量，可将小麦秸秆、玉米秸秆等秸秆类生物质原料转化为高品质活性炭的前驱体。生物质原料中灰分主要包括钾、钠等碱金属和镁、钙等碱土金属，这些金属离子作为重要的营养元素，在生物质生长的过程本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种木醋液结合水热碳化脱除生物质灰分制备生物质基活性炭前驱体的方法，以木醋液为液相介质，对生物质原材料进行水热碳化，得到生物质基活性炭前驱体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法，包括如下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述木醋液通过如下方法制备得到：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述生物质原料为木质纤维素类生物质，具体为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、竹材、木材、木屑、花生壳、稻壳中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述用于制备活性炭前驱体的生物质原料为木质纤维素类生物质，具体为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、竹材、木材、木屑、花生壳、稻壳中的至少一种；
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述用于制备活性炭前驱体的生物质原料与木醋液的配比为1:5-1:30，w/w。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述水热碳化过程为将所述用于制备活性炭前驱体的生物质原料与木醋液的混合物搅拌，并在惰性气氛中以10-20℃/min的升温
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括将所得固体产物在20-60℃低温用水洗涤至中性、干燥的操作。
9.由权利要求1-8中任一项所述方法制得的生物质基活性炭前驱体。
10.由权利要求9所述生物质基活性炭前驱体制备的生物质基活性炭。
...【技术特征摘要】
1.一种木醋液结合水热碳化脱除生物质灰分制备生物质基活性炭前驱体的方法，以木醋液为液相介质，对生物质原材料进行水热碳化，得到生物质基活性炭前驱体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法，包括如下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述木醋液通过如下方法制备得到：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述生物质原料为木质纤维素类生物质，具体为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、竹材、木材、木屑、花生壳、稻壳中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述用于制备活性炭前驱体的生物质原料为木质纤维素类生物质，具体为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、竹材、木材、木屑、花生壳、稻壳中的至少一种；
...【专利技术属性】
技术研发人员：张展荣，韩布兴，孟庆磊，赵紫微，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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