一种生物质制备生物炭的方法与流程

本申请属于生物质资源化热解炭化，特别是涉及一种生物质制备生物炭的方法。

背景技术：

1、生物质热解炭化技术是将农林废弃物转化为生物炭的重要途径，所得生物炭在土壤改良、固碳减排、重金属污染治理及废水处理等领域具有广阔应用前景。然而，传统热解炭化所得生物炭表面官能团种类单一，尤其缺乏含氮官能团(如氨基、酰胺基、吡啶氮、吡咯氮等)，导致其阳离子交换容量低，严重制约了其在环境修复领域的功能化应用。

2、目前，生物炭氮掺杂改性的主流技术路线主要采用直接掺混无机氮源(如尿素、碳酸氢铵、氨水等)或通入氨气进行气固反应的方式。此类方法虽操作相对简单，但存在突出的固有缺陷：无机氮源在热解炭化过程中易以氨气、氮氧化物等小分子气态形式快速挥发逸出，导致氮掺杂保留率普遍较低，大量氮源被无效消耗，不仅造成物料浪费，还增加了尾气处理负荷；同时，氮元素掺杂效率低会导致在污水处理等环境中，对重金属离子，尤其是对重金属铅离子的配位吸附能力不足。

3、因此，需要寻找一种可以降低氮损失，同时提高对重金属离子铅离子吸附的生物质制备生物炭的方法。

技术实现思路

1、针对上述问题，本申请提供一种生物质制备生物炭的方法。

2、一种生物质制备生物炭的方法，包括以下步骤：

3、步骤一：将破碎后的生物质原料置于复合浸渍液中混合，浸渍处理后固液分离，控制附着液留存量，得到湿生物质；所述复合浸渍液包括葡萄糖胺盐酸盐、磷酸与柠檬酸的混合液；

4、步骤二：将步骤一湿生物质进行鼓风干燥处理，得到烘制原料；

5、步骤三：将步骤二中烘制原料转移至热解炉中，进行梯级升温处理，期间调节炉内维持微负压；

6、步骤四：从炉尾连续排出的红炭进入密闭水冷螺旋冷却器，循环冷却水温度控制在40-50℃，红炭冷却至≤60℃后进入成品筛分，收集得到生物炭；

7、所述生物质原料选自木屑、竹屑、秸秆、果壳中的至少一种；所述破碎后的生物质原料粒径为5-20mm。

8、进一步的，所述复合浸渍液的制备步骤包括如下：

9、取d-葡萄糖胺盐酸盐，加水分散，搅拌，之后加入磷酸溶液与柠檬酸，继续搅拌，得到复合浸渍液；

10、所述d-葡萄糖胺盐酸盐、水、磷酸溶液、柠檬酸使用的配比为(250-300)g:(1000-1200)ml:(150-200)g:(80-100)g；

11、所述磷酸溶液中磷酸的质量浓度为80%-85%；

12、所述步骤一中，生物质原料与复合浸渍液按质量比1:(2.5-3.5)混合；

13、所述步骤一中，湿生物质的含水率为35%-50%。

14、进一步的，所述步骤二中，鼓风干燥设置温度为100-140℃。

15、进一步的，所述步骤三中，梯级升温处理包括：

16、阶段一：设置升温速率为7.5-10.2℃/min，升温至300-315℃；

17、阶段二：设置升温速率为8.5-10.5℃/min，升温至375-420℃；

18、阶段三：设置升温速率为7.5-9.0℃/min，升温至525-550℃；

19、所述微负压压力为-150pa至-100pa。

20、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

21、1、本申请制备了一种磷酸-葡萄糖胺-柠檬酸复合浸渍体系，在浸渍液中，磷酸通过与质子化葡萄糖胺氨基形成离子对和氢键作用的缔结结构；柠檬酸含三元羧酸结构，在热环境下其羧基与葡萄糖胺氨基发生酰胺化、与纤维素及葡萄糖胺羟基发生酯化，形成共价交联网络，与离子对、氢键共同构成多重缔结，进一步抑制葡萄糖胺在热解处理时提前热分解，抑制氮源以氨气形式过早挥发流失。

22、2、本申请中葡萄糖胺兼具还原糖与氨基化合物双重功能，在热解阶段经美拉德反应原位形成含氮杂环，随炭骨架缩聚实现氮磷双元素锚定于生物质骨架，提升裂解后生物炭的重金属铅离子配位吸附能力。

23、3、本申请中，磷酸可以在热解过程中参与形成与生物质之间的磷酸酯键，以达到固碳和增强炭产品骨架稳定性的作用；同时柠檬酸作为富碳前驱体，在热解过程中脱水脱羧、其富碳链段并入炭骨架，与磷酸酯键固碳作用协同，进一步补充炭骨架、提升炭收率。

1.一种生物质制备生物炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质原料选自木屑、竹屑、秸秆、果壳中的至少一种；所述破碎后的生物质原料粒径为5-20mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合浸渍液的制备步骤包括如下：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述d-葡萄糖胺盐酸盐、水、磷酸溶液、柠檬酸使用的配比为(250-300)g:(1000-1200)ml:(150-200)g:(80-100)g。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述磷酸溶液中磷酸的质量浓度为80%-85%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，生物质原料与复合浸渍液按质量比1:(2.5-3.5)混合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，湿生物质的含水率为35%-50%。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，鼓风干燥设置温度为100-140℃。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，梯级升温处理包括：

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微负压压力为-150pa至-100pa。