CN107555414B - 一种园林废弃物生物质炭及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物质炭技术领域，具体涉及一种园林废弃物生物质炭及其制备方法和用途，包括如下步骤：将园林废弃物进行分离，分离出木本类园林废弃物和草本类园林废弃物，然后分别进行高温裂解，再分别粉碎成不同的粒径，混合后得到园林废弃物生物质炭。本发明针对园林废弃物的特点，分离出木本类园林废弃物和草本类园林废弃物，然后根据这两种原料的特点，分别在不同条件下进行裂解，并粉碎成不同的粒径，通过本发明的方法制备得到了多孔结构的园林废弃物生物质炭，孔径分布合理，稳定性高，吸附性能好，可应用于污水处理、土壤调理方面，尤其在污水处理方面的效果明显，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值。
Description
技术领域
本发明涉及生物质炭技术领域，具体涉及一种园林废弃物生物质炭及其制备方法和用途。
背景技术
随着城市绿化建设的逐步推进，园林养护管理过程产生的、园林废弃物数量也越来越大，主要包括树枝、草屑等。传统的处理方式采用焚烧或填埋，焚烧会产生有害气体，造成严重的环境污染，加重温室效应；填埋不仅占用大量的土地资源，而且耗费人力物力。以上两种方式均不能实现园林废弃物再利用的目标，不符合循环经济的理念。
而生物质炭是生物质高温裂解的固体产物，具有很多特异的性质，如多孔、高度稳定性、高度芳香化、表面有大量的多种官能团，同时带有正负2种电荷，能够吸附分子和阴阳离子、极性和非极性物质。它广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等，可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案。
于是出现了利用将园林废弃物制备生物质炭的技术，但目前的用园林废弃物制备生物质炭由于工艺不成熟，制备出的生物质炭性能在应用于污水处理、土壤治理方面的效果不明显。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种园林废弃物生物质炭及其制备方法和用途，本发明方法制得的园林废弃物生物质炭在污水处理、土壤治理方面的效果明显，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种园林废弃物生物质炭的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1）将园林废弃物进行分离，分离出木本类园林废弃物和草本类园林废弃物；
步骤（2）将木本类园林废弃物和草本类园林废弃物分别进行高温裂解，得到木本类园林废弃物生物质炭和草本类园林废弃物生物质炭；
步骤（3）将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别粉碎成不同的粒径，混合后得到园林废弃物生物质炭。
进一步的，步骤（2）和步骤（3）之间还包括步骤：将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别进行活化，具体为：将草本类园林废弃物生物质炭在850-950℃，以1：1-1：3质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道气以4：7-1：3的体积比混合的氛围中活化；将木本类园林废弃物生物质炭在磷酸溶液中浸泡10-20小时，然后在400-600摄氏度加热2-3小时后得到的生物质炭，园林废弃物生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：1-1：2，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为30-40%。
针对木本类园林废弃物和草本类园林废弃物在不同条件下进行裂解，活化，并粉碎成不同的粒径，本发明选用以上处理方法，使得园林废弃物生物质炭更好地形成多孔结构，提高了孔隙率和比表面积，进而提高了吸附性能。
优选的，步骤（1）和步骤（2）之前还包括分别将木本类园林废弃物和草本类园林废弃物粉碎，并干燥至含水率小于5%。
优选的，步骤（2）中草本类园林废弃物在450-550℃裂解，裂解的时间为60-120min；木本类园林废弃物在550-650℃裂解，裂解的时间为60-120min。本发明针对草本类园林废弃物木质含有的木质少，木本类园林废弃物含有大量的木质比较坚硬的特点，采用差异化的裂解工艺，获得了孔径分布合理，稳定性高的生物质炭。
优选的，步骤（2）木本类园林废弃物和草本类园林废弃物高温裂解时均加入占园林废弃物重量百分比1%-3%的铁矿渣和占园林废弃物重量百分比0.1%-1%的纳米二氧化钛。高温裂解时纳米二氧化钛、还原形成的零价铁与园林废弃物炭化形成的生物质炭紧密复合，形成的生物质炭具有大孔空隙、磁性强、吸附性和化学反应活性好的特点。生物质炭可吸附有机污染物，二氧化钛可将吸附于生物质炭表面的有机污染物降解，特别适用于污水处理。
优选的，步骤（3）中所述木本类园林废弃物生物质炭的粒径 MC与草本类园林废弃物生物质炭粒径CC的关系满足下述的式：100CC±0.5＞MC＞10CC±0.05。 粒径分布合理可避免生物质炭的团聚现象，更有利于后续的活化工艺，也有利于提高吸附性能。
一种园林废弃物生物质炭，该园林废弃物生物质炭由上述制备方法制得。
一种园林废弃物生物质炭的用途，由上述制备方法制得的园林废弃物生物质炭用于污水的处理。
优选的，所述园林废弃物生物质炭用于污水的处理时，每30-50份园林废弃物生物质炭加入纳米硅胶5-15份、聚丙酰胺5-10份、纤维素接枝甲基丙烯酸烷基酯2-3份、麦饭石2-5份、聚合氯化铝10-20份混合，柠檬酸2-3份、膨润土1-3份混合。以上原料采用重量份。这些原料互相配合，具有较好的污水处理效果。
一种园林废弃物生物质炭的用途，由上述制备方法制得的园林废弃物生物质炭用于土壤调理剂。用于土壤调理剂时，本发明利用园林废弃物生物质炭的将重金属固化于园林废弃物生物质炭中，重金属去除率比普通生物质炭提高百分之五以上。
一种园林废弃物生物质炭的用途，由上述制备方法制得的园林废弃物生物质炭用于肥料。用于肥料时，本发明利用园林废弃物生物质炭实现了对肥料的有效缓释，延长了肥料的作用时间，提高了肥料的利用率，为作物在生长期中长时间充足的营养供应，并且为作物营养强化提供了很好的技术支持。
本发明的有益效果在于：本发明针对园林废弃物的特点，分离出木本类园林废弃物和草本类园林废弃物，然后根据这两种原料的特点，分别在不同条件下进行裂解，并粉碎成不同的粒径，通过本发明的方法制备得到了多孔结构的园林废弃物生物质炭，孔径分布合理，稳定性高，吸附性能好，可应用于污水处理、土壤调理方面，尤其在污水处理方面的效果明显，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1。
一种园林废弃物生物质炭的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1）将园林废弃物进行分离，分离出木本类园林废弃物和草本类园林废弃物；
步骤（2）将木本类园林废弃物和草本类园林废弃物分别进行高温裂解，得到木本类园林废弃物生物质炭和草本类园林废弃物生物质炭；
步骤（3）将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别粉碎成不同的粒径，混合后得到园林废弃物生物质炭。
步骤（2）中草本类园林废弃物在450℃裂解，裂解的时间为120min；木本类园林废弃物在550℃裂解，裂解的时间为60min。
步骤（2）木本类园林废弃物和草本类园林废弃物高温裂解时均加入占园林废弃物重量百分比1%的铁矿渣和占园林废弃物重量百分比0.1%的纳米二氧化钛。
步骤（3）中所述木本类园林废弃物生物质炭的粒径 MC与草本类园林废弃物生物质炭粒径CC的关系满足下述的式：100CC±0.5＞MC＞10CC±0.05。本实施例草本类园林废弃物生物质炭粒径为0.05mm，木本类园林废弃物生物质炭的粒径为1mm。
一种园林废弃物生物质炭，该园林废弃物生物质炭根据上述的制备方法制得。
实施例2。
一种园林废弃物生物质炭的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1）将园林废弃物进行分离，分离出木本类园林废弃物和草本类园林废弃物；
步骤（2）将木本类园林废弃物和草本类园林废弃物分别进行高温裂解，得到木本类园林废弃物生物质炭和草本类园林废弃物生物质炭；
步骤（3）将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别粉碎成不同的粒径，混合后得到园林废弃物生物质炭。
步骤（2）和步骤（3）之间还包括步骤：将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别进行活化，具体为：将草本类园林废弃物生物质炭在950℃，以1：3质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道气以4：7的体积比混合的氛围中活化。 将木本类园林废弃物生物质炭在磷酸溶液中浸泡10小时，然后在600摄氏度加热3小时后得到的生物质炭，园林废弃物生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：1，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为30%。
步骤（2）中草本类园林废弃物在550℃裂解，裂解的时间为60min；木本类园林废弃物在650℃裂解，裂解的时间为60min。
步骤（2）木本类园林废弃物和草本类园林废弃物高温裂解时均加入占园林废弃物重量百分比1%-3%的铁矿渣和占园林废弃物重量百分比1%的纳米二氧化钛。
步骤（3）中所述木本类园林废弃物生物质炭的粒径 MC与草本类园林废弃物生物质炭粒径CC的关系满足下述的式：100CC±0.5＞MC＞10CC±0.05。 本实施例草本类园林废弃物生物质炭粒径为0.08mm，木本类园林废弃物生物质炭的粒径为1.6mm。
一种园林废弃物生物质炭，该园林废弃物生物质炭根据上述的制备方法制得。
一种园林废弃物生物质炭的用途，将上述制备方法制得的园林废弃物生物质炭用于污水的处理。
所述园林废弃物生物质炭用于污水的处理时，每30份园林废弃物生物质炭加入纳米硅胶5份、聚丙酰胺5份、纤维素接枝甲基丙烯酸烷基酯2份、麦饭石2份、聚合氯化铝10份混合，柠檬酸2份、膨润土1份混合。
实施例3。
一种园林废弃物生物质炭的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1）将园林废弃物进行分离，分离出木本类园林废弃物和草本类园林废弃物；
步骤（2）将木本类园林废弃物和草本类园林废弃物分别进行高温裂解，得到木本类园林废弃物生物质炭和草本类园林废弃物生物质炭；
步骤（3）将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别粉碎成不同的粒径，混合后得到园林废弃物生物质炭。
步骤（2）和步骤（3）之间还包括步骤：将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别进行活化，具体为：将草本类园林废弃物生物质炭在900℃，以1：2质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道气以1：3的体积比混合的氛围中活化。 将木本类园林废弃物生物质炭在磷酸溶液中浸泡15小时，然后在500摄氏度加热2小时后得到的生物质炭，园林废弃物生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：2，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为35%。
步骤（2）中草本类园林废弃物在500℃裂解，裂解的时间为100min；木本类园林废弃物在600℃裂解，裂解的时间为100min。
步骤（2）木本类园林废弃物和草本类园林废弃物高温裂解时均加入占园林废弃物重量百分比2%的铁矿渣和占园林废弃物重量百分比0.5%的纳米二氧化钛。
步骤（3）中所述木本类园林废弃物生物质炭的粒径 MC与草本类园林废弃物生物质炭粒径CC的关系满足下述的式：100CC±0.5＞MC＞10CC±0.05。 本实施例草本类园林废弃物生物质炭粒径为0.1mm，木本类园林废弃物生物质炭的粒径为1.5mm。
一种园林废弃物生物质炭，该园林废弃物生物质炭根据上述的制备方法制得。
一种园林废弃物生物质炭的用途，将上述制备方法制得的园林废弃物生物质炭用于污水的处理。
所述园林废弃物生物质炭用于污水的处理时，每50份园林废弃物生物质炭加入纳米硅胶15份、聚丙酰胺10份、纤维素接枝甲基丙烯酸烷基酯3份、麦饭石5份、聚合氯化铝20份混合，柠檬酸3份、膨润土3份混合。
实施例4。
一种园林废弃物生物质炭的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1）将园林废弃物进行分离，分离出木本类园林废弃物和草本类园林废弃物；
步骤（2）将木本类园林废弃物和草本类园林废弃物分别进行高温裂解，得到木本类园林废弃物生物质炭和草本类园林废弃物生物质炭；
步骤（3）将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别粉碎成不同的粒径，混合后得到园林废弃物生物质炭。
步骤（2）和步骤（3）之间还包括步骤：将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别进行活化，具体为：将草本类园林废弃物生物质炭在950℃，以1：3质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道气以1：2的体积比混合的氛围中活化。将木本类园林废弃物生物质炭在磷酸溶液中浸泡20小时，然后在400摄氏度加热2小时后得到的生物质炭，园林废弃物生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：2，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为40%。
步骤（2）中草本类园林废弃物在550℃裂解，裂解的时间为120min；木本类园林废弃物在600℃裂解，裂解的时间为110min。
步骤（2）木本类园林废弃物和草本类园林废弃物高温裂解时均加入占园林废弃物重量百分比3%的铁矿渣和占园林废弃物重量百分比1%的纳米二氧化钛。
步骤（3）中所述木本类园林废弃物生物质炭的粒径 MC与草本类园林废弃物生物质炭粒径CC的关系满足下述的式：100CC±0.5＞MC＞10CC±0.05。 本实施例草本类园林废弃物生物质炭粒径为0.05mm，木本类园林废弃物生物质炭的粒径为1mm。
一种园林废弃物生物质炭，该园林废弃物生物质炭根据上述的制备方法制得。
一种园林废弃物生物质炭的用途，将上述制备方法制得的园林废弃物生物质炭用于污水的处理。
所述园林废弃物生物质炭用于污水的处理时，每40份园林废弃物生物质炭加入纳米硅胶10份、聚丙酰胺8份、纤维素接枝甲基丙烯酸烷基酯2份、麦饭石3份、聚合氯化铝6份混合，柠檬酸2份、膨润土2份混合。
某重金属污水处理厂Pb的浓度高达180mg/L，经过本发明实施例1-4的产品处理后，发现出水中Pb的浓度降低到0.1-0.2mg/L，部分甚至可以降低到0.05mg/L。再将本发明实施例1-4的产品均匀撒入城市污水样表面，经3天时间后对净化水体进行检验，均符合GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准的B标准要求，其中部分基本控制项目的常规污染物指标达到一级标准的A标准要求。污水变为清澈透明、无色无味，COD、BOD去除率均达75%以上。
同时，将本发明实施例1-4的园林废弃物生物质炭的用途用于土壤调理剂。用于土壤调理剂时，本发明利用园林废弃物生物质炭的将重金属固化于园林废弃物生物质炭中，重金属去除率比普通生物质炭提高百分之五以上。
将本发明实施例1-4的园林废弃物生物质炭的用途用于肥料。用于肥料时，本发明利用园林废弃物生物质炭实现了对肥料的有效缓释，延长了肥料的作用时间，提高了肥料的利用率，为作物在生长期中长时间充足的营养供应，甚至在整个作物生长周期中都不再需要施加肥料。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种园林废弃物生物质炭的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤（1）将园林废弃物进行分离，分离出木本类园林废弃物和草本类园林废弃物；
步骤（2）将木本类园林废弃物和草本类园林废弃物分别进行高温裂解，得到木本类园林废弃物生物质炭和草本类园林废弃物生物质炭；
步骤（3）将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别粉碎成不同的粒径，混合后得到园林废弃物生物质炭，
其中，步骤（2）木本类园林废弃物和草本类园林废弃物高温裂解时均加入占园林废弃物重量百分比1%-3%的铁矿渣和占园林废弃物重量百分比0.1%-1%的纳米二氧化钛；
其中，步骤（3）中所述木本类园林废弃物生物质炭的粒径 MC与草本类园林废弃物生物质炭粒径CC的关系满足下述的式：100CC±0.5＞MC＞10CC±0.05，
其中，步骤（2）和步骤（3）之间还包括将草本类园林废弃物生物质炭和木本类园林废弃物生物质炭分别进行活化，具体为：将草本类园林废弃物生物质炭在850-950℃，以1：1-1：3质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道气以4：7-1：3的体积比混合的氛围中活化；将木本类园林废弃物生物质炭在磷酸溶液中浸泡10-20小时，然后在400-600摄氏度加热2-3小时后得到的生物质炭，园林废弃物生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：1-1：2，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为30-40%。
2.根据权利要求1所述的一种园林废弃物生物质炭的制备方法，其特征在于：步骤（2）中草本类园林废弃物在450-550℃裂解，裂解的时间为60-120min；木本类园林废弃物在550-650℃裂解，裂解的时间为60-120min。
3.一种园林废弃物生物质炭，其特征在于：该园林废弃物生物质炭根据权利要求1或2所述的制备方法制得。
4.一种园林废弃物生物质炭的用途，其特征在于：将权利要求1或2所述的制备方法制得的园林废弃物生物质炭用于污水的处理。
5.根据权利要求4所述的一种园林废弃物生物质炭的用途，其特征在于：所述园林废弃物生物质炭用于污水的处理时，每30-50份园林废弃物生物质炭加入纳米硅胶5-15份、聚丙酰胺5-10份、纤维素接枝甲基丙烯酸烷基酯2-3份、麦饭石2-5份、聚合氯化铝10-20份混合，柠檬酸2-3份、膨润土1-3份混合。
6.一种园林废弃物生物质炭的用途，其特征在于：将权利要求1或2所述的制备方法制得的园林废弃物生物质炭用于土壤调理剂。
7.一种园林废弃物生物质炭的用途，其特征在于：将权利要求1或2所述的制备方法制得的园林废弃物生物质炭用于肥料。
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