CN104722268A - 一种杭白菊秸秆生物炭的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种杭白菊秸秆生物炭的制备方法，以杭白菊秸秆作为制备生物炭的原料，经过水热反应将杭白菊秸秆转变为生物炭，提供了一种新的杭白菊秸秆的利用方式，提高了杭白菊资源的综合利用率和经济效益，提高了附加值，同时能固定碳素、减少二氧化碳排放，具有良好的生态效益。另外，本发明中杭白菊秸秆原料无需经高温热处理，反应过程温和，反应介质绿色环保，工艺简单，能耗低、成本小；且制得的生物炭产品可应用于土壤、水体等环境的改良和污染修复，应用前景广阔。

Description

一种杭白菊秸秆生物炭的制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物炭制备技术领域，尤其涉及一种杭白菊秸秆生物炭的制备方法。

背景技术

生物炭（biochar）是指生物质在缺氧条件下形成的稳定的富碳固态物质。生物质作为一种可再生资源，是地球上太阳能最主要的吸收器和储存器，是最大的碳素转换器。将废弃生物质炭化成稳定、难溶、芳香化程度高及富含碳素的生物炭，被认为是一种有效的固定碳素和生物质资源化的方法。生物炭产物不仅可用作能源，还能作为功能材料用于改善土壤结构与理化性质、治理环境污染、增汇减排等方面。

生物质的炭化可采用热解炭化与水热炭化两种炭化技术。其中热解炭化是指生物质在惰性气体保护下，加热到550～1300℃并停留数分钟到数小时不等的炭化方法；水热炭化则是以碳水化合物、木质纤维素或直接以生物质为原料，以水为介质，在密闭体系中，在一定的温度、水自产生压力或外加压力下，原料经脱水、脱羧等一系列反应转化成生物炭的过程。

杭白菊又称杭菊、甘菊等，含有类黄酮、挥发油、多糖等多种生物活性成分，具有清热解毒、利咽明目等作用，有良好的保健功效。杭白菊是浙江省桐乡市两大地方特色农产品和农业优势产业之一，栽培面积占全国总面积的90 %以上。然而以秸秆为主的杭白菊副产品基本上直接被废弃在田头，或腐烂或直接焚烧，仅有少部分被作为饲料使用，不仅资源未得到有效利用，而且造成了严重的环境污染。本发明人考虑，以杭白菊秸秆为原料制备生物炭，有效拓展杭白菊秸秆利用的新途径，对于提高杭白菊秸秆的利用率和经济效益以及节能减排具有重要的意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种杭白菊秸秆生物炭的制备方法，工艺简单，提高了杭白菊资源的综合利用率和经济效益，实现了固碳减排。

本发明提供了一种杭白菊秸秆生物炭的制备方法，包括以下步骤：

将杭白菊秸秆粉粹，与水混合，然后导入水热反应釜进行水热炭化反应，所述杭白菊秸秆与水的固液比为1kg:6 L ~1kg:22 L；

将水热炭化反应的产物冷却，过滤分离，干燥后得到杭白菊秸秆生物炭。

优选的，还包括杭白菊的预处理步骤：去除杭白菊秸秆的残根，清除秸秆表面泥土和杂物。

优选的，采用秸秆破碎机将杭白菊秸秆粉粹。

优选的，所述水热炭化反应的反应温度为160 ℃~280 ℃。

优选的，所述水热炭化反应的反应温度为200 ℃~240℃。

优选的，所述水热炭化反应的反应时间为3 h~15 h。

优选的，冷却温度为80℃以下。

优选的，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物。

优选的，所述过滤分离采用板框压滤机进行。

优选的，所述杭白菊秸秆生物炭的含水率在10 %以下。

本发明的有益效果：本发明提供了一种杭白菊秸秆生物炭的制备方法，包括：将杭白菊秸秆粉粹，与水混合，然后导入水热反应釜进行水热炭化反应，所述杭白菊秸秆与水的固液比为1kg:6 L ~1kg:22 L；将水热炭化反应的产物冷却，过滤分离，干燥后得到杭白菊秸秆生物炭。与现有技术相比，本发明通过水热反应将杭白菊秸秆转变为生物炭，提供了一种新的杭白菊秸秆的利用方式，提高了杭白菊资源的综合利用率和经济效益，提高了附加值，同时能固定碳素、减少二氧化碳排放，具有良好的生态效益。另外，本发明中杭白菊秸秆原料无需经高温热处理，反应过程温和，反应介质绿色环保，工艺简单，能耗低、成本小；且制得的生物炭产品可应用于土壤、水体等环境的改良和污染修复，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例1制备杭白菊秸秆生物炭的工艺流程图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

结合具体实施方式，对本发明进行进一步说明。

本发明实施例提供了一种杭白菊秸秆生物炭的制备方法，包括以下步骤：将杭白菊秸秆粉粹，与水混合，然后导入水热反应釜进行水热炭化反应，所述杭白菊秸秆与水的固液比为1kg:6 L ~1kg:22 L；将水热炭化反应的产物冷却，过滤分离，干燥后得到杭白菊秸秆生物炭。

在上述技术方案中，本发明实现了杭白菊秸秆的综合利用，提高了附加值，固碳减排，得到了可应用于环境污染修复的产品。

作为优选方案，本发明还包括杭白菊的预处理步骤：去除杭白菊秸秆的残根，清除秸秆表面泥土和杂物。

作为优选方案，本发明采用秸秆破碎机将杭白菊秸秆粉粹，得到颗粒与长度小于1 cm小块状原料，有利于与水进行水热炭化反应。

作为优选方案，所述杭白菊秸秆与水的固液比优选为1kg:6 L ~1kg:22 L，更优选为1 kg:10 L ~1 kg:14 L。

然后导入水热反应釜进行水热炭化反应，具体为：将将杭白菊秸秆与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热。所述水热炭化反应的反应温度优选为160 ℃~280℃，更优选为200 ℃~240 ℃；所述水热炭化反应的反应时间优选为3 h~15 h，更优选为7 h~11 h。

本发明采用水热炭化技术制备杭白菊秸秆生物炭，工艺简单、反应温和、且能够有效拓展杭白菊秸秆利用的新途径，对于提高杭白菊秸秆的利用率和经济效益以及节能减排具有重要的意义。

作为优选方案，冷却温度为80℃以下，具体为：冷却水热反应釜至80℃以下。所述过滤分离采用板框压滤机进行，过滤分离优选得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物。

作为优选方案，所述干燥优选为置于干燥通风处自然晾干，得到的杭白菊秸秆生物炭的含水率优选在10 %以下。

从以上方案可以看出，本发明利用杭白菊秸秆作为原料，杭白菊收获后，将残留在农田中的杭白菊秸秆回收，经粉碎后，与水混合置于水热反应釜中，经水热反应形成生物炭产品，该法提高了生物质的综合利用率，过程绿色、耗能低、实现了固碳减排和资源的循环利用，具有明显的生态效益；另外，该法成本较低，提高了杭白菊秸秆的经济效益，具有良好的工业化应用前景。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

如图1所示，杭白菊秸秆生物炭按照如下步骤制备：

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度160℃，反应时间15 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1kg:6 L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80 ℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例2

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度200 ℃，反应时间11 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:18L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80 ℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例3

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度240 ℃，反应时间7 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:10L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例4

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度280 ℃，反应时间3 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:6L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80 ℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例5

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度200 ℃，反应时间7 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:14L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80 ℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例6

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度160 ℃，反应时间11 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:22L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80 ℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例7

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度240 ℃，反应时间3 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:6L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例8

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度280 ℃，反应时间7 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:22L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80 ℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例9

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度200 ℃，反应时间15 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:14L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80 ℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例10

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度160 ℃，反应时间7 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:18L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80 ℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例11

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度240 ℃，反应时间11 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:6L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例12

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度280 ℃，反应时间11 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:14L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80 ℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例13

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度200 ℃，反应时间3 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:6L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80 ℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

实施例14

步骤一、杭白菊秸秆的回收、预处理：将杭白菊收获后，清理残留在农田中的杭白菊秸秆，不留残根，并清除秸秆表面泥土和杂物；

步骤二、杭白菊秸秆的粉碎：将杭白菊秸秆粉碎，得到颗粒与小块状原料（长度小于1 cm），储存，备用；

步骤三、杭白菊秸秆的水热炭化：将原料与水混合后装入水热反应釜，密闭，确保水热反应釜的密封性后加热，水热反应温度240 ℃，反应时间15 h，杭白菊秸秆原料与水固液比1 kg:10L；

步骤四、固、液相产物的过滤分离：水热炭化反应结束后，停止加热，使水热反应釜自然冷却至低于80℃后，开釜导出水热反应液，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物；

    步骤五，固态产物的自然风干：将固态产物置于干燥通风处自然晾干，得含水率低于10 %的固态杭白菊秸秆生物炭。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种杭白菊秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将杭白菊秸秆粉粹，与水混合，然后导入水热反应釜进行水热炭化反应，所述杭白菊秸秆与水的固液比为1kg:6 L ~1kg:22 L；

将水热炭化反应的产物冷却，过滤分离，干燥后得到杭白菊秸秆生物炭。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括杭白菊的预处理步骤：去除杭白菊秸秆的残根，清除秸秆表面泥土和杂物。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用秸秆破碎机将杭白菊秸秆粉粹。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热炭化反应的反应温度为160 ℃~280 ℃。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水热炭化反应的反应温度为200℃~240℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热炭化反应的反应时间为3 h~15 h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，冷却温度为80℃以下。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，过滤分离得含水率为20 wt%~30 wt%的固态产物。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过滤分离采用板框压滤机进行。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述杭白菊秸秆生物炭的含水率在10 %以下。