一种新型木炭及处理秸秆的方法与制备方法与流程

1.本发明属于木炭制备与秸秆处理技术领域，具体为一种新型木炭及处理秸秆的方法与制备方法。


背景技术：

2.我国是农业大国，每年都会有大量农作物秸秆产生，海量秸秆如果不能很好地处理不仅造成秸秆资源的巨大浪费，而且还造成了环境污染。
3.现有的秸秆处理方法有物理处理法、化学处理法和生物处理法，其中物理处理法多为对秸秆进行机械粉碎，然后作为牛羊饲料，这种处理方法虽然可以大量处理秸秆，但是秸秆产物单一，并不能很好地发挥秸秆的作用；化学处理法和生物处理法由于受到处理条件的限制，一直制约着秸秆处理的规模，尤其是在化学处理秸秆的过程中，由于化学试剂运输技术含量高且具有一定危险性，所以一般不具有运输资质的企业和个人并不能直接运输化学试剂，（如浓硫酸的运输需要专业的特种车辆等），这就限制了化学处理秸秆技术领域的发展，导致了产生秸秆的农村和就近的乡镇秸秆处理企业，在需要化学试剂处理秸秆时，由于自身技术达不到运输或使用化学试剂处理秸秆的标准，只能将秸秆拉到专业工厂去处理，这样不仅导致运输资源的巨大浪费，还使得许多秸秆由于运输不便不能得到处理，只能烧掉或废弃。
4.因此，有必要提供一种新型木炭及其制备方法与处理秸秆的方法，使得海量秸秆在农村和就近的乡镇秸秆处理企业就能实现简单安全的化学处理，这样不仅从源头上处理大量秸秆，而且处理后的秸秆进一步给农民带来了良好的经济效益。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种新型木炭及处理秸秆的方法与制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型木炭及处理秸秆的方法与制备方法，包括有一种新型木炭的制备方法和一种新型木炭处理秸秆的方法，所述一种新型木炭的制备方法：取适量木炭加入浓硫酸中，搅拌一段时间后捞出沥干，将沥干的木炭静置在潮湿的房间中12-24小时，由于吸附浓硫酸的木炭在木炭表面残留有浓硫酸，当在潮湿的环境中浓硫酸的吸水性和木炭的吸附性同时发挥作用，稀释了木炭表面残留的浓硫酸，使得后期在使用时，由于木炭表面的浓硫酸被稀释，所以吸附浓硫酸的木炭表面腐蚀性降低，在运输和使用时，更加安全方便。
7.优选的，所述单位质量木炭与单位体积浓硫酸之比为1：（10—50），通过将木炭的质量单位为克，而浓硫酸的体积单位为毫升，从而在进行配比的时候，可以精准进行配比，从而避免存在浪费和没有吸收完全的现象出现。
8.优选的，所述搅拌的时间为1h～3h，速率为50r/min～400r/min，通过严格控制搅拌时间与速率，从而使得在规定的时间内，按照规定的速度进行搅拌，从而使得木炭的吸收
效果更好。
9.优选的，所述搅拌在－10℃—0℃的条件下进行，通过将搅拌控制在指定的温度条件下进行，起到了防止浓硫酸与木炭可能由于环境温度高而反应生产二氧化碳二氧化硫和水，降低木炭的损耗率。
10.优选的，所述一种新型木炭处理秸秆的方法包括以下步骤：秸秆预处理；将一种新型木炭的制备方法得到的新型木炭粉碎；将粉碎的新型木炭与预处理后的秸秆按1:（5—10）的质量比混合，将混合后的物料加入到反应釜中，向反应釜中加入适量的水；开启搅拌开关，使釜体内液固混合均匀以避免反应釜内的秸秆因局部受热不均匀而发生碳化；转速控制在50r/min—300r/min，待反应釜内液固相搅拌均匀后，停止搅拌，开启加热开关进行加热；待釜内温度达到设定值时，以300r/min开始搅拌10min—60min；反应结束，停止计时，待反应釜冷却至常温后，分别收集釜体内的水解液和滤渣；在预处理的过程中可以根据需要对秸秆的粉碎粒度，这样有利于破坏秸秆中木质素和半纤维素的结合层，增加木质素的比表面积，同时降低木质纤维素中纤维素的结晶度，从而提高木质纤维素的水解效率，当然在对秸秆的预处理过程中可以加入试剂去除秸秆中的重金属，或者对秸秆进行清洗，清洗后烘干，这样可以去除秸秆中的杂质，为后续秸秆浓硫酸水解提供纯净环境。
11.优选的，所述混合物料与水的质量比为1：（5：15），将粉碎的新型木炭与粉碎的秸秆按1：（5：15）的质量比混合，将混合后的物料加入到反应釜中，向反应釜中加入适量的水，加水量可根据反应釜的容量定量或混合物料的多少预估得出，一般不超过反应釜容量的3/4或者没过反应釜内的混合物料。
12.优选的，所述水解液发酵后制得乙醇，由于秸秆和新型木炭中，纤维素、半纤维素和木质素的占比很大，其都属于多糖类物质，且新型木炭中含有浓硫酸，纤维素在浓硫酸加热的条件下水解为葡萄糖，葡萄糖经过发酵生成乙醇。
13.优选的，所述滤渣ph值调至6.5—7可作为牛羊饲料，滤渣中含有的硫酸可用碳酸钙或氢氧化钙中和，生成的硫酸钙盐并不会伤害到牛羊，当然根据饲料ph值的要求可以根据需要随机加减碳酸钙或氢氧化钙。
14.本发明的有益效果如下：1、本发明通过木炭吸附浓硫酸，解决了秸秆处理领域一直存在浓硫酸运输不便的技术问题，不但方便运输，且使得浓硫酸运输更加安全，而且由于木炭的成分和秸秆的成分几乎一样，所以在处理秸秆时，不用再将木炭中的浓硫酸分离出来，使得负载有浓硫酸的木炭和秸秆具有很好的配伍性。
15.2、本发明通过新型木炭处理秸秆的方法对秸秆进行预处理，在预处理的过程中可以根据需要对秸秆的粉碎粒度，这样有利于破坏秸秆中木质素和半纤维素的结合层，增加木质素的比表面积，同时降低木质纤维素中纤维素的结晶度，从而提高木质纤维素的水解效率，当然在对秸秆的预处理过程中可以加入试剂去除秸秆中的重金属，或者对秸秆进行清洗，清洗后烘干，这样可以去除秸秆中的杂质，为后续秸秆浓硫酸水解提供纯净环境。
16.3、本发明秸秆处理方法操作流程极为简单，耗时短，没有严苛的度条件限制，可大大减少能源的消耗，降低处理成本，有利于大规模生产的实现。
17.4、本发明用新型木炭处理秸秆的方法得到的产物为主要成分为单糖的水解液和秸秆滤渣，单糖水解液具有多种用途，可制备醛、醇等化工物质，滤渣在经过ph值调节后可作为牛羊饲料和肥料等，这使得本发明处理秸秆的方法具有很好的经济价值。
附图说明
18.图1为本发明新型木炭处理秸秆的流程图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例a1一种新型木炭的制备方法，包括以下步骤：取适量木炭加入浓硫酸中，搅拌一段时间后捞出沥干，将沥干吸附有浓硫酸的木炭静置在潮湿的房间中12小时，由于吸附浓硫酸的木炭在木炭表面残留有浓硫酸，当在潮湿的环境中浓硫酸的吸水性和木炭的吸附性同时发挥作用，稀释了木炭表面残留的浓硫酸，使得后期在使用时，由于木炭表面的浓硫酸被稀释，所以吸附浓硫酸的木炭表面腐蚀性降低，在运输和使用时，更加安全方便。
21.进一步的，单位质量的木炭与单位体积的浓硫酸之比为1：10，其中木炭的质量单位为克，浓硫酸的体积单位为毫升，从而在进行配比的时候，可以精准进行配比，从而避免存在浪费和没有吸收完全的现象出现。
22.进一步的，搅拌的时间为1h，速率为50r/min，通过严格控制搅拌时间与速率，从而使得在规定的时间内，按照特定的速度进行搅拌，从而使得木炭的吸收效果更好。
23.进一步的，可将加入浓硫酸中的木炭倒入带有冷却系统的反应釜中搅拌，将搅拌温度设为－10℃，这样做可以防止浓硫酸与木炭可能由于环境温度高而反应生产二氧化碳二氧化硫和水，降低木炭的损耗率。
24.实施例a2一种新型木炭的制备方法，包括以下步骤：取适量木炭加入浓硫酸中，搅拌一段时间后捞出沥干，将沥干吸附有浓硫酸的木炭静置在潮湿的房间中18小时，由于吸附浓硫酸的木炭在木炭表面残留有浓硫酸，当在潮湿的环境中浓硫酸的吸水性和木炭的吸附性同时发挥作用，稀释了木炭表面残留的浓硫酸，使得后期在使用时，由于木炭表面的浓硫酸被稀释，所以吸附浓硫酸的木炭表面腐蚀性降低，在运输和使用时，更加安全方便。
25.进一步的，单位质量的木炭与单位体积的浓硫酸之比为1：30，其中木炭的质量单位为克，浓硫酸的体积单位为毫升，从而在进行配比的时候，可以精准进行配比，从而避免存在浪费和没有吸收完全的现象出现。
26.进一步的，搅拌的时间为2h，速率为175r/min，通过严格控制搅拌时间与速率，从而使得在规定的时间内，按照特定的速度进行搅拌，从而使得木炭的吸收效果更好。
27.进一步的，可将加入浓硫酸中的木炭倒入带有冷却系统的反应釜中搅拌，将搅拌温度设为－5℃，这样做可以防止浓硫酸与木炭可能由于环境温度高而反应生产二氧化碳二氧化硫和水，降低木炭的损耗率。
28.实施例a3一种新型木炭的制备方法，包括以下步骤：取适量木炭加入浓硫酸中，搅拌一段时间后捞出沥干，将沥干吸附有浓硫酸的木炭静置在潮湿的房间中24小时，由于吸附浓硫酸的木炭在木炭表面残留有浓硫酸，当在潮湿的环境中浓硫酸的吸水性和木炭的吸附性同时发挥作用，稀释了木炭表面残留的浓硫酸，使得后期在使用时，由于木炭表面的浓硫酸被稀释，所以吸附浓硫酸的木炭表面腐蚀性降低，在运输和使用时，更加安全方便。
29.进一步的，单位质量的木炭与单位体积的浓硫酸之比为1：50，其中木炭的质量单位为克，浓硫酸的体积单位为毫升，从而在进行配比的时候，可以精准进行配比，从而避免存在浪费和没有吸收完全的现象出现。
30.进一步的，搅拌的时间为3h，速率为400r/min，通过严格控制搅拌时间与速率，从而使得在规定的时间内，按照特定的速度进行搅拌，从而使得木炭的吸收效果更好。
31.进一步的，可将加入浓硫酸中的木炭倒入带有冷却系统的反应釜中搅拌，将搅拌温度设为0℃，这样做可以防止浓硫酸与木炭可能由于环境温度高而反应生产二氧化碳二氧化硫和水，降低木炭的损耗率。
32.实施例b1如图1所示，一种新型木炭处理秸秆的方法，包括以下步骤：秸秆预处理秸秆机械粉碎成条状或颗粒状，这样有利于破坏秸秆中木质素和半纤维素的结合层，增加木质素的比表面积，同时降低木质纤维素中纤维素的结晶度，从而提高木质纤维素的水解效率。
33.将实施例a1、a2、a3任意一种新型木炭的制备方法所获得的新型木炭粉碎；将粉碎的新型木炭与粉碎的秸秆按1:5的质量比混合，将混合后的物料加入到反应釜中，向反应釜中加入适量的水，加水量可根据反应釜的容量定量或混合物料的多少预估得出，一般不超过反应釜容量的3/4或者没过反应釜内的混合物料；开启搅拌开关，使釜体内液固混合均匀以避免反应釜内的粉碎秸秆因局部受热不均匀而发生碳化，转速控制在50r/min，待反应釜内液固相搅拌均匀后，停止搅拌，开启加热开关进行加热；待釜内温度达到设定值时，该设定值可为30℃以一定转速开始搅拌并计时，搅拌转速控制在300r/min，反应时间60min；反应结束，停止计时，待反应釜冷却至常温后，分别收集釜体内的水解液和滤渣，并将滤渣烘干备用；在预处理的过程中可以根据需要对秸秆的粉碎粒度，这样有利于破坏秸秆中木质素和半纤维素的结合层，增加木质素的比表面积，同时降低木质纤维素中纤维素的结晶度，从而提高木质纤维素的水解效率，当然在对秸秆的预处理过程中可以加入试剂去除秸秆中的重金属，或者对秸秆进行清洗，清洗后烘干，这样可以去除秸秆中的杂质，为后续秸秆浓硫酸水解提供纯净环境。
34.进一步的，所述混合物料与水的质量比为1：5，将粉碎的新型木炭与粉碎的秸秆按1:5的质量比混合，将混合后的物料加入到反应釜中，向反应釜中加入适量的水，加水量可根据反应釜的容量定量或混合物料的多少预估得出，一般不超过反应釜容量的3/4或者没过反应釜内的混合物料。
35.进一步的，所述水解液发酵后制得乙醇，由于秸秆和新型木炭中，纤维素、半纤维素和木质素的占比很大，其都属于多糖类物质，且新型木炭中含有浓硫酸，纤维素在浓硫酸加热的条件下水解为葡萄糖，葡萄糖经过发酵生成乙醇。
36.进一步的，所述滤渣ph值调至6.5可作为牛羊饲料，滤渣中含有的硫酸可用碳酸钙或氢氧化钙中和，生成的硫酸钙盐并不会伤害到牛羊，当然根据饲料ph值的要求可以根据需要随机加减碳酸钙或氢氧化钙。
37.实施例b2如图1所示，一种新型木炭处理秸秆的方法，包括以下步骤：秸秆预处理将秸秆机械粉碎成条状或颗粒状，这样有利于破坏秸秆中木质素和半纤维素的结合层，增加木质素的比表面积，同时降低木质纤维素中纤维素的结晶度，从而提高木质纤维素的水解效率。
38.将实施例a1、a2、a3任意一种新型木炭的制备方法所获得的新型木炭粉碎；将粉碎的新型木炭与粉碎的秸秆按1:7.5的质量比混合，将混合后的物料加入到反应釜中，向反应釜中加入适量的水，加水量可根据反应釜的容量定量或混合物料的多少预估得出，一般不超过反应釜容量的3/4或者没过反应釜内的混合物料；开启搅拌开关，使釜体内液固混合均匀以避免反应釜内的粉碎秸秆因局部受热不均匀而发生碳化，转速控制在175r/min，待反应釜内液固相搅拌均匀后，停止搅拌，开启加热开关进行加热；待釜内温度达到设定值时，该设定值可为45℃，以一定转速开始搅拌并计时，搅拌转速控制在300r/min，反应时间35min；反应结束，停止计时，待反应釜冷却至常温后，分别收集釜体内的水解液和滤渣，并将滤渣烘干备用；在预处理的过程中可以根据需要对秸秆的粉碎粒度，这样有利于破坏秸秆中木质素和半纤维素的结合层，增加木质素的比表面积，同时降低木质纤维素中纤维素的结晶度，从而提高木质纤维素的水解效率，当然在对秸秆的预处理过程中可以加入试剂去除秸秆中的重金属，或者对秸秆进行清洗，清洗后烘干，这样可以去除秸秆中的杂质，为后续秸秆浓硫酸水解提供纯净环境。
39.进一步的，所述混合物料与水的质量比为1：10，将粉碎的新型木炭与粉碎的秸秆按1:7.5的质量比混合，将混合后的物料加入到反应釜中，向反应釜中加入适量的水，加水量可根据反应釜的容量定量或混合物料的多少预估得出，一般不超过反应釜容量的3/4或者没过反应釜内的混合物料。
40.进一步的，所述水解液发酵后制得乙醇，由于秸秆和新型木炭中，纤维素、半纤维素和木质素的占比很大，其都属于多糖类物质，且新型木炭中含有浓硫酸，纤维素在浓硫酸加热的条件下水解为葡萄糖，葡萄糖经过发酵生成乙醇。
41.进一步的，所述滤渣ph值调至6.7可作为牛羊饲料，滤渣中含有的硫酸可用碳酸钙或氢氧化钙中和，生成的硫酸钙盐并不会伤害到牛羊，当然根据饲料ph值的要求可以根据需要随机加减碳酸钙或氢氧化钙。
42.实施例b3如图1所示，一种新型木炭处理秸秆的方法，包括以下步骤：秸秆预处理将秸秆机械粉碎成条状或颗粒状，这样有利于破坏秸秆中木质素和半纤维素的结合层，增加木质素的比表面积，同时降低木质纤维素中纤维素的结晶度，从而提高木质纤维素的水解效率。
43.将实施例a1、a2、a3任意一种新型木炭的制备方法所获得的新型木炭粉碎；将粉碎的新型木炭与粉碎的秸秆按1:10的质量比混合，将混合后的物料加入到反应釜中，向反应釜中加入适量的水，加水量可根据反应釜的容量定量或混合物料的多少预估得出，一般不超过反应釜容量的3/4或者没过反应釜内的混合物料；开启搅拌开关，使釜体内液固混合均匀以避免反应釜内的粉碎秸秆因局部受热不均匀而发生碳化，转速控制在300r/min，待反应釜内液固相搅拌均匀后，停止搅拌，开启加热开关进行加热；待釜内温度达到设定值时，该设定值可为60℃，以一定转速开始搅拌并计时，搅拌转速控制在300r/min，反应时间10min；反应结束，停止计时，待反应釜冷却至常温后，分别收集釜体内的水解液和滤渣，并将滤渣烘干备用；在预处理的过程中可以根据需要对秸秆的粉碎粒度，这样有利于破坏秸秆中木质素和半纤维素的结合层，增加木质素的比表面积，同时降低木质纤维素中纤维素的结晶度，从而提高木质纤维素的水解效率，当然在对秸秆的预处理过程中可以加入试剂去除秸秆中的重金属，或者对秸秆进行清洗，清洗后烘干，这样可以去除秸秆中的杂质，为后续秸秆浓硫酸水解提供纯净环境。
44.进一步的，所述混合物料与水的质量比为1：15，将粉碎的新型木炭与粉碎的秸秆按1:10的质量比混合，将混合后的物料加入到反应釜中，向反应釜中加入适量的水，加水量可根据反应釜的容量定量或混合物料的多少预估得出，一般不超过反应釜容量的3/4或者没过反应釜内的混合物料。
45.进一步的，所述水解液发酵后制得乙醇，由于秸秆和新型木炭中，纤维素、半纤维素和木质素的占比很大，其都属于多糖类物质，且新型木炭中含有浓硫酸，纤维素在浓硫酸加热的条件下水解为葡萄糖，葡萄糖经过发酵生成乙醇。
46.进一步的，所述滤渣ph值调至7可作为牛羊饲料，滤渣中含有的硫酸可用碳酸钙或氢氧化钙中和，生成的硫酸钙盐并不会伤害到牛羊，当然根据饲料ph值的要求可以根据需要随机加减碳酸钙或氢氧化钙。
47.需要说明的是本发明的秸秆可为玉米秸秆、麦秸秆和水稻秸秆等，由于上述秸秆中木质素、纤维素和半纤维素的占比不同，所以根据不同性质的秸秆，本发明处理秸秆所需的优选参数也不相同。
48.经过试验得出，实施例b1处理秸秆的方法，优选为处理玉米秸秆，玉米秸秆含纤维
素45%，半纤维素35%，木质素15%，经过30℃，水没过混合物料（新型木炭和水）的固液比，被木炭中含有的浓硫酸处理60min后，所得到主成分为葡萄糖的水解液。
49.实施例b2处理秸秆的方法，优选为处理水稻秸秆，水稻秸秆含纤维素39%，半纤维素24%，木质素25%，经过45℃，水没过混合物料（新型木炭和水）的固液比，被木炭中含有的浓硫酸处理35min后，所得到主成分为葡萄糖的水解液。
50.实施例b3处理秸秆的方法，优选为处理水稻秸秆，水稻秸秆含纤维素30%，半纤维素50%，木质素15%，经过60℃，水没过混合物料（新型木炭和水）的固液比，被木炭中含有的浓硫酸处理10min后，所得到主成分为葡萄糖的水解液。
51.本发明所用到的浓硫酸和反应釜均为市售。
52.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
53.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。