CN108264952A - 一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质颗粒燃料用粘结剂技术领域，具体涉及一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，包括石墨烯分散液制备、预处理蚕豆制备以及混合料制备和粘结剂制备。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过石墨烯分散液对蚕豆淀粉处理，同时配合4‑羧基丁碳酸盐和纳米磷钼酸钠反应，可使淀粉分子链间距增大和分子链缠绕度降低，形成具有高比表面积和多孔的交联网络结构，所得粘结剂具有较多的活性基团，且具有较高的稳定性，该粘结剂在颗粒燃料的原料中能均匀分散，增加组分间的相互作用，有效避免环模磨损，延长成型机的寿命，添加于颗粒燃料中能有效提高颗粒燃料的成型率、产品密度和耐久性，还能有助于提高颗粒燃料的燃烧率。

Description

一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法
技术领域
本发明属于生物质颗粒燃料用粘结剂技术领域，具体涉及一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法。
背景技术
生物质颗粒燃料是将生物质原料（包括农作物秸秆、农产品加工剩余物以及林业剩余物）经过干燥、粉碎、调配等预处理后亚索成型的染料，成型后的颗粒燃料密度较大，输送、储存方便，可替代煤炭等化石燃料应用于炊事、供暖和民用领域和锅炉燃烧、发电等工业领域，目前，我国的生物质固体燃料加工行业在原料配比方面普遍存在原料取材单一、成型效率差以及产品品质不达标等问题，如以单一的木薯秆、桑枝、木材边角料等木本生物质原料压制成颗粒成型燃料，由于单一木本生物质的内部结构较为坚硬，容易导致成型机的主要部件损坏，缩短成型机的使用寿命，如以稻秆、花生壳、甘蔗渣等草本生物质原料秸秆类生物质压制颗粒成型燃料，由于木质素、纤维素成分少而导致粘结性差不易压制，产品燃烧值低，现有技术中表明，适当添加粘结剂可以改善颗粒燃料的成型效率和提高产品品质，木质素属非晶体，没有熔点，在一定的压力下，会发生软化并具有流动性和胶黏性，是一种天然的、性能优异的颗粒成型燃料粘结剂，我国主要的水污染源-淀粉、酒精、制糖以及造纸行业的废液中含有大量的木质素以及衍生物，还有部分的多糖、醇类、不饱和脂肪酸、松香酸、树脂、果胶、酚类化合物等，传统上，可通过酸性溶液中和废液，木质素可析出形成悬浮颗粒，但此时木质素颗粒形似胶体，凝聚性差，导致分离非常酷男，显示中需要对酸化后的废液进行加热，使木质素悬浮颗粒逐渐增大，坚实而形成沉淀，需要通过离心收集木质素，经济成本较高；而天然淀粉由于分子链中具有许多活性羟基，吸附活性点多，具有一定的絮凝性能，可以有效将溶液中悬浮的固体颗粒和胶粒絮凝沉淀，通过3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵或2，3-环氧丙基三甲基氯化铵等阳离子试剂与其反应，可以增加淀粉活性基团数量并赋予其阳离子特性，更容易通过静电作用将带有负电荷的微细颗粒和胶体结合，聚集沉降，然而阳离子淀粉本身稳定性差，在强酸强碱溶液中絮凝效果不理想；因此需要一种能够用于生物质颗粒燃料制备，可以在较低的环模压缩比条件下成形，减少环模磨损，同时能提高生物质颗粒燃料产品密度以及耐久度的粘结剂。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，各原料按重量份计，包括以下步骤：
（1）将12-16份石墨烯在65-70份pH值为5.6-5.8的盐酸溶液中超声分散，超声频率为600-800Hz，超声分散25-35分钟后得到石墨烯分散液备用；
（2）将蚕豆淀粉在波长为12-16μm的远红外线辐照处理10-20分钟，得到预处理蚕豆淀粉备用；
（3）取8-12份石墨烯分散液、20-24份蚕豆淀粉、2.2-3.2份4-羧基丁碳酸盐、3-4份纳米磷钼酸钠、1-2份氯化钙混合，磁力搅拌1-2小时，搅拌温度为75-95℃，搅拌完成后得到混合料；
（4）将上述混合料经干燥、粉碎、筛分后得到粘结剂。
作为对上述方案的进一步改进，所述盐酸溶液的温度为38-42℃，能有助于石墨烯分散均匀。
作为对上述方案的进一步改进，所述蚕豆淀粉用远红外线辐照时，远红外线距离为10-20cm。
作为对上述方案的进一步改进，所述蚕豆淀粉的粒径范围为5-30μm，长轴平均粒径为12μm，淀粉的持水率为102-106%。
作为对上述方案的进一步改进，所述磁力搅拌的速度为600-1000转/分钟；所述步骤（4）中的干燥温度为60-70℃。
作为对上述方案的进一步改进，所述粘结剂在颗粒燃料中的添加量为4-8%。
蚕豆淀粉颗粒表面光滑，呈椭圆或不规则的球形，蚕豆淀粉中直链淀粉含量高。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过石墨烯分散液对蚕豆淀粉处理，同时配合4-羧基丁碳酸盐和纳米磷钼酸钠反应，可使淀粉分子链间距增大和分子链缠绕度降低，形成具有高比表面积和多孔的交联网络结构，所得粘结剂具有较多的活性基团，且具有较高的稳定性，该粘结剂在颗粒燃料的原料中能均匀分散，增加组分间的相互作用，有效避免环模磨损，延长成型机的寿命，添加于颗粒燃料中能有效提高颗粒燃料的成型率、产品密度和耐久性，还能有助于提高颗粒燃料的燃烧率。
具体实施方式
实施例1
一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，各原料按重量份计，包括以下步骤：
（1）将14份石墨烯在68份pH值为5.7的盐酸溶液中超声分散，超声频率为700Hz，超声分散30分钟后得到石墨烯分散液备用；
（2）将蚕豆淀粉在波长为14μm的远红外线辐照处理15分钟，得到预处理蚕豆淀粉备用；
（3）取10份石墨烯分散液、22份蚕豆淀粉、2.8份4-羧基丁碳酸盐、3.5份纳米磷钼酸钠、1.5份氯化钙混合，磁力搅拌1.5小时，搅拌温度为85℃，搅拌完成后得到混合料；
（4）将上述混合料经干燥、粉碎、筛分后得到粘结剂。
其中，所述盐酸溶液的温度为40℃；所述蚕豆淀粉用远红外线辐照时，远红外线距离为15cm；所述蚕豆淀粉的粒径范围为5-30μm，长轴平均粒径为12μm，淀粉的持水率为102-106%。
其中，所述磁力搅拌的速度为800转/分钟；所述步骤（4）中的干燥温度为65℃；所述粘结剂在颗粒燃料中的添加量为6%。
实施例2
一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，各原料按重量份计，包括以下步骤：
（1）将12份石墨烯在70份pH值为5.6的盐酸溶液中超声分散，超声频率为800Hz，超声分散25分钟后得到石墨烯分散液备用；
（2）将蚕豆淀粉在波长为12μm的远红外线辐照处理20分钟，得到预处理蚕豆淀粉备用；
（3）取12份石墨烯分散液、24份蚕豆淀粉、2.2份4-羧基丁碳酸盐、3份纳米磷钼酸钠、1份氯化钙混合，磁力搅拌2小时，搅拌温度为95℃，搅拌完成后得到混合料；
（4）将上述混合料经干燥、粉碎、筛分后得到粘结剂。
其中，所述盐酸溶液的温度为38℃；所述蚕豆淀粉用远红外线辐照时，远红外线距离为20cm；所述蚕豆淀粉的粒径范围为5-30μm，长轴平均粒径为12μm，淀粉的持水率为102-106%。
其中，所述磁力搅拌的速度为600转/分钟；所述步骤（4）中的干燥温度为70℃；所述粘结剂在颗粒燃料中的添加量为4%。
实施例3
一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，各原料按重量份计，包括以下步骤：
（1）将16份石墨烯在65份pH值为5.8的盐酸溶液中超声分散，超声频率为600Hz，超声分散35分钟后得到石墨烯分散液备用；
（2）将蚕豆淀粉在波长为16μm的远红外线辐照处理10分钟，得到预处理蚕豆淀粉备用；
（3）取8份石墨烯分散液、20份蚕豆淀粉、3.2份4-羧基丁碳酸盐、4份纳米磷钼酸钠、2份氯化钙混合，磁力搅拌1小时，搅拌温度为75℃，搅拌完成后得到混合料；
（4）将上述混合料经干燥、粉碎、筛分后得到粘结剂。
其中，所述盐酸溶液的温度为42℃；所述蚕豆淀粉用远红外线辐照时，远红外线距离为10cm；所述蚕豆淀粉的粒径范围为5-30μm，长轴平均粒径为12μm，淀粉的持水率为102-106%。
其中，所述磁力搅拌的速度为1000转/分钟；所述步骤（4）中的干燥温度为60℃；所述粘结剂在颗粒燃料中的添加量为8%。
蚕豆淀粉糊的凝沉性比玉米淀粉弱，比马铃薯淀粉强。
设置对照组1，将实施例1中蚕豆淀粉替换为玉米淀粉，其余内容不变；设置对照组2，将实施例1中蚕豆淀粉替换为马铃薯淀粉，其余内容不变；设置对照组3，将实施例1中步骤（2）去掉，其余内容不变；设置的对照组3，将实施例1中步骤（1）去掉，其余内容不变；
将以上各组制备所得桉树皮粉碎料（粒径为0.8-2mm），加入粘结料后送入压辊式环模型压块成型机中，制备得到直径为8mm，长度为35mm的圆柱形燃料颗粒，完成后对产品的成型率、机械耐久度、灰分以及空气干燥基发热量进行检测，得到以下结果：
表1
组别 成型率（%） 耐久度（%） 灰分（%） 低位热值（kcal/kg）
实施例1 98.8 99.16 1.68 4926
实施例2 98.6 99.08 1.34 4903
实施例3 98.7 98.73 1.95 4937
对照组1 97.2 98.14 1.69 4685
对照组2 96.8 98.26 1.73 4712
对照组3 94.2 96.83 2.12 4528
对照组4 96.5 97.15 1.97 4431
通过表1中数据可以看出，本发明中制备所得生物质颗粒燃料具有较高的成型率和耐久度，其低位热值也有了明显提高，灰分含量与现有技术中相差不大，综合性能提高明显。

Claims (7)

1.一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，其特征在于，各原料按重量份计，包括以下步骤：
（1）将12-16份石墨烯在65-70份pH值为5.6-5.8的盐酸溶液中超声分散，超声频率为600-800Hz，超声分散25-35分钟后得到石墨烯分散液备用；
（2）将蚕豆淀粉在波长为12-16μm的远红外线辐照处理10-20分钟，得到预处理蚕豆淀粉备用；
（3）取8-12份石墨烯分散液、20-24份蚕豆淀粉、2.2-3.2份4-羧基丁碳酸盐、3-4份纳米磷钼酸钠、1-2份氯化钙混合，磁力搅拌1-2小时，搅拌温度为75-95℃，搅拌完成后得到混合料；
（4）将上述混合料经干燥、粉碎、筛分后得到粘结剂。
2.如权利要求1所述一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述盐酸溶液的温度为38-42℃。
3.如权利要求1所述一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述蚕豆淀粉用远红外线辐照时，远红外线距离为10-20cm。
4.如权利要求1所述一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述蚕豆淀粉的粒径范围为5-30μm，长轴平均粒径为12μm，淀粉的持水率为102-106%。
5.如权利要求1所述一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述磁力搅拌的速度为600-1000转/分钟。
6.如权利要求1所述一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的干燥温度为60-70℃。
7.如权利要求1所述一种生物质颗粒燃料用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述粘结剂在颗粒燃料中的添加量为4-8%。
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