CN108394883A - 一种利用废木竹制备机制木炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废木竹制备机制木炭的方法，涉及废旧竹木品再利用领域；包括以下步骤：(1)将废木竹粉碎，溶于碱液中进行超声搅拌，用去离子水清洗溶液成中性；(2)将碱液处理后的废木竹粉末和粉末重量0.3％的纤维素酶混合均匀，在32‑34℃下进行反应；(3)将上述反应后的产物和高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂混合均匀，放入高速搅拌机搅拌；(4)将高速搅拌后的混合物用冲压式制棒机冲压成碳棒；(5)将碳棒送入炭化炉进行炭化处理，制得机制木炭；本发明将废木竹变废为宝，实现资源再利用，不仅节约了资源，避免造成浪费，而且保护了环境，不会造成废旧竹木燃烧处理过程中产生的颗粒污染环境。
Description
技术领域：
本发明涉及废旧竹木品再利用领域，具体涉及一种利用废木竹制备机制木炭的方法。
背景技术：
机制木炭(machine-made charcoal)，又名机制炭，薪棒、人造炭、再生炭、无烟清洁炭，棒炭原料来源广泛，稻壳、花生壳、棉壳、玉米芯、玉米杆、高粱杆等皆可用作原料生产棒炭，以锯末、刨花、竹屑为最佳。由于机制木炭无烟以及无味和无毒，已经被广泛用于家庭取暖，烧烤食品；在工业领域，可作为工业原料，深加工成活性炭等。因机制木炭密度大，热值高，无烟、无味、无污染、不爆炸、易燃，是国际上公认的绿色环保产品。
我国废旧木材利用率不到60％，在发达国家废旧木材的利用率达到80％以上，可见我们木材资源浪费现象是非常严重的，不仅利用率低，回收率和循坏使用率也低，有些木材虽然回收了，但是直接送到一些小的木材加工厂或者直接当柴烧。
如何合理的利用木材资源是当下最重要的问题，将木材变废为宝已经成为缓解牧木材资源供需矛盾，可循环利用的重要途径的一项紧急任务
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用废木竹制备机制木炭的方法，
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种利用废木竹制备机制木炭的方法，包括以下步骤：
(1)将废木竹粉碎，溶于碱液中在45-55℃下进行超声搅拌，超声搅拌后用去离子水清洗溶液成中性，超声频率为40KHz，功率为80W，搅拌转速为100r/min；
(2)将碱液处理后的废木竹粉末和粉末重量0.3％的纤维素酶混合均匀，在32-34℃下进行反应；
(3)将上述反应后的产物和高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂混合均匀，放入高速搅拌机搅拌，搅拌转速为700-800r/min；
(4)将高速搅拌后的混合物用冲压式制棒机冲压成碳棒；
(5)将碳棒送入炭化炉进行炭化处理，制得机制木炭。
优选的，所述碱液选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种，所述碱液浓度为2mol/L。
优选的，所述废木竹粉末与高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂的质量比为200-300:20-30:20-30:10-20:3-5。
优选的，所述步骤(2)和步骤(3)之间对废木竹粉末进行改性，具体改性方法为：(1)将废木竹粉末溶于8-9％浓度的盐酸溶液中静置6-8h，过滤，用去离子水清洗，干燥；(2)将上述干燥后的废木竹粉末和聚氯乙烯、聚芳酰胺、二亚乙基三胺按照20:1:1:0.1的质量比在300-400℃下处理2-3h，自然冷却到室温；(3)将上述步骤处理后的混合物溶于乙醇中，在300r/min转速下离心分离，取沉淀物，用去离子水清洗，干燥，制得改性废木竹粉末。
优选的，所述炭化处理的具体方法为：将反应产物送入炭化炉后，首先以3℃/min的速率升温到150-200℃，保温30min，再以5℃/min的速率升温到300-400℃，保温60min，最后以8℃/min的速率升温到800-900℃，保温3h，取出后立即放入12％浓度的常温醋酸溶液中骤冷，冷却后离心，取沉淀物清洗，制得机制木炭。
优选的，所述废木竹在碱液处理前经过发酵处理，具体方法为：
(1)将废木竹放入预处理液中静置预处理4h，处理后清洗、干燥；
所述预处理液由以下重量份的原料组成：去离子水80-100份、次氯酸钠6-8份、碘化钾3-5份、丙三醇20-30份、四氯化碳15-25份；
(2)将废木竹加入其重量0.05-0.06％的乳酸菌无氧发酵18天；
(3)将发酵后的产物过滤，沉淀物即发酵处理后的废木竹。
优选的，所述废木竹由以下重量份的原料组成：废竹筐30-50份、废扁担10-20份、废竹席20-30份、废旧木材边角料5-10份。
本发明提供了一种利用废木竹制备机制木炭的方法，其有益效果为：
(1)将废木竹变废为宝，实现资源再利用，不仅节约了资源，避免造成浪费，而且保护了环境，不会造成废旧竹木燃烧处理过程中产生的颗粒污染环境；
(2)将废旧木竹依次用碱液、纤维素酶处理，去除废旧竹木的杂质，降低废旧竹木的脆性，增加韧性，降解竹木内部纤维组织结构，然后用高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂混合，高速搅拌，进行炭化，使得机制木炭含碳量高、发热值大、密度大，在使用过程中无烟、无味；
(3)对废旧木竹进行改性能进一步巩固废旧竹木的脆性和韧性，有利于炭化过程中形成致密结构；
(4)炭化处理过程逐步升温，再极速降温，提高炭化度，增强机制木炭的结构稳定性；
(5)对废木竹进行发酵处理，能够降解竹木内部的果胶、糖和脂肪，将高分子降解成降解成低分子，有利于增加结构紧密度，使得炭化过程中形成密度大的机制木炭。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1：
一种利用废木竹制备机制木炭的方法，包括以下步骤：
(1)将废木竹粉碎，溶于2mol/L氨水溶液中在45℃下进行超声搅拌，超声搅拌后用去离子水清洗溶液成中性，超声频率为40KHz，功率为80W，搅拌转速为100r/min；
(2)将碱液处理后的废木竹粉末和粉末重量0.3％的纤维素酶混合均匀，在33℃下进行反应；
(3)将上述反应后的产物和高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂混合均匀，放入高速搅拌机搅拌，搅拌转速为700r/min；废木竹粉末与高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂的质量比为200:20:20:10:3；
(4)将高速搅拌后的混合物用冲压式制棒机冲压成碳棒；
(5)将碳棒送入炭化炉进行炭化处理，首先以3℃/min的速率升温到200℃，保温30min，再以5℃/min的速率升温到400℃，保温60min，最后以8℃/min的速率升温到900℃，保温3h，取出后立即放入12％浓度的常温醋酸溶液中骤冷，冷却后离心，取沉淀物清洗，制得机制木炭。
实施例2：
一种利用废木竹制备机制木炭的方法，包括以下步骤：
(1)将废木竹粉碎，溶于2mol/L氢氧化钾溶液中在55℃下进行超声搅拌，超声搅拌后用去离子水清洗溶液成中性，超声频率为40KHz，功率为80W，搅拌转速为100r/min；
(2)将碱液处理后的废木竹粉末和粉末重量0.3％的纤维素酶混合均匀，在34℃下进行反应；
(3)将上述反应后的产物和高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂混合均匀，放入高速搅拌机搅拌，搅拌转速为750r/min；废木竹粉末与高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂的质量比为60:6:6:4:1；
(4)将高速搅拌后的混合物用冲压式制棒机冲压成碳棒；
(5)将碳棒送入炭化炉进行炭化处理，首先以3℃/min的速率升温到150℃，保温30min，再以5℃/min的速率升温到300℃，保温60min，最后以8℃/min的速率升温到800℃，保温3h，取出后立即放入12％浓度的常温醋酸溶液中骤冷，冷却后离心，取沉淀物清洗，制得机制木炭。
实施例3：
一种利用废木竹制备机制木炭的方法，包括以下步骤：
(1)将废木竹粉碎，溶于2mol/L氢氧化钠溶液中在50℃下进行超声搅拌，超声搅拌后用去离子水清洗溶液成中性，超声频率为40KHz，功率为80W，搅拌转速为100r/min；
(2)将碱液处理后的废木竹粉末和粉末重量0.3％的纤维素酶混合均匀，在32℃下进行反应；
(3)将上述反应后的产物和高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂混合均匀，放入高速搅拌机搅拌，搅拌转速为800r/min；废木竹粉末与高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂的质量比为250:25:25:15:4；
(4)将高速搅拌后的混合物用冲压式制棒机冲压成碳棒；
(5)将碳棒送入炭化炉进行炭化处理，首先以3℃/min的速率升温到18℃，保温30min，再以5℃/min的速率升温到350℃，保温60min，最后以8℃/min的速率升温到850℃，保温3h，取出后立即放入12％浓度的常温醋酸溶液中骤冷，冷却后离心，取沉淀物清洗，制得机制木炭。
实施例4：
一种利用废木竹制备机制木炭的方法，包括以下步骤：
(1)将废木竹粉碎，溶于2mol/L氨水溶液中在45℃下进行超声搅拌，超声搅拌后用去离子水清洗溶液成中性，超声频率为40KHz，功率为80W，搅拌转速为100r/min；
(2)将碱液处理后的废木竹粉末和粉末重量0.3％的纤维素酶混合均匀，在33℃下进行反应；
(3)对上述反应后的废木竹粉末进行改性，(ⅰ)将废木竹粉末溶于8％浓度的盐酸溶液中静置6h，过滤，用去离子水清洗，干燥；(ⅱ)将上述干燥后的废木竹粉末和聚氯乙烯、聚芳酰胺、二亚乙基三胺按照20:1:1:0.1的质量比在300℃下处理2h，自然冷却到室温；(ⅲ)将上述步骤处理后的混合物溶于乙醇中，在300r/min转速下离心分离，取沉淀物，用去离子水清洗，干燥，制得改性废木竹粉末；
(4)将上述反应后的产物和高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂混合均匀，放入高速搅拌机搅拌，搅拌转速为700r/min；废木竹粉末与高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂的质量比为200:20:20:10:3；
(5)将高速搅拌后的混合物用冲压式制棒机冲压成碳棒；
(6)将碳棒送入炭化炉进行炭化处理，首先以3℃/min的速率升温到150-200℃，保温30min，再以5℃/min的速率升温到300-400℃，保温60min，最后以8℃/min的速率升温到800-900℃，保温3h，取出后立即放入12％浓度的常温醋酸溶液中骤冷，冷却后离心，取沉淀物清洗，制得机制木炭。
实施例5：
一种利用废木竹制备机制木炭的方法，包括以下步骤：
(1)发酵处理：(ⅰ)将废木竹放入预处理液中静置预处理4h，处理后清洗、干燥；所述预处理液由以下重量份的原料组成：去离子水80份、次氯酸钠6份、碘化钾3份、丙三醇20份、四氯化碳15份；(ⅱ)将废木竹加入其重量0.06％的乳酸菌无氧发酵18天；(ⅲ)将发酵后的产物过滤，沉淀物即发酵处理后的废木竹；
所述废木竹由以下重量份的原料组成：废竹筐30份、废扁担10份、废竹席20份、废旧木材边角料5份；
(2)将废木竹粉碎，溶于2mol/L氨水溶液中在45℃下进行超声搅拌，超声搅拌后用去离子水清洗溶液成中性，超声频率为40KHz，功率为80W，搅拌转速为100r/min；
(3)将碱液处理后的废木竹粉末和粉末重量0.3％的纤维素酶混合均匀，在33℃下进行反应；
(4)对上述反应后的废木竹粉末进行改性，(ⅰ)将废木竹粉末溶于9％浓度的盐酸溶液中静置8h，过滤，用去离子水清洗，干燥；(ⅱ)将上述干燥后的废木竹粉末和聚氯乙烯、聚芳酰胺、二亚乙基三胺按照20:1:1:0.1的质量比在400℃下处理3h，自然冷却到室温；(ⅲ)将上述步骤处理后的混合物溶于乙醇中，在300r/min转速下离心分离，取沉淀物，用去离子水清洗，干燥，制得改性废木竹粉末；
(5)将上述反应后的产物和高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂混合均匀，放入高速搅拌机搅拌，搅拌转速为700r/min；废木竹粉末与高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂的质量比为200:20:20:10:3；
(6)将高速搅拌后的混合物用冲压式制棒机冲压成碳棒；
(7)将碳棒送入炭化炉进行炭化处理，首先以3℃/min的速率升温到150℃，保温30min，再以5℃/min的速率升温到300℃，保温60min，最后以8℃/min的速率升温到800℃，保温3h，取出后立即放入12％浓度的常温醋酸溶液中骤冷，冷却后离心，取沉淀物清洗，制得机制木炭。
实施例6：
一种利用废木竹制备机制木炭的方法，包括以下步骤：
(1)发酵处理：(ⅰ)将废木竹放入预处理液中静置预处理4h，处理后清洗、干燥；所述预处理液由以下重量份的原料组成：去离子水100份、次氯酸钠8份、碘化钾5份、丙三醇30份、四氯化碳25份；(ⅱ)将废木竹加入其重量0.05％的乳酸菌无氧发酵18天；(ⅲ)将发酵后的产物过滤，沉淀物即发酵处理后的废木竹；
所述废木竹由以下重量份的原料组成：废竹筐50份、废扁担20份、废竹席30份、废旧木材边角料10份；
(2)将废木竹粉碎，溶于2mol/L氨水溶液中在45℃下进行超声搅拌，超声搅拌后用去离子水清洗溶液成中性，超声频率为40KHz，功率为80W，搅拌转速为100r/min；
(3)将碱液处理后的废木竹粉末和粉末重量0.3％的纤维素酶混合均匀，在33℃下进行反应；
(4)对上述反应后的废木竹粉末进行改性，(ⅰ)将废木竹粉末溶于9％浓度的盐酸溶液中静置8h，过滤，用去离子水清洗，干燥；(ⅱ)将上述干燥后的废木竹粉末和聚氯乙烯、聚芳酰胺、二亚乙基三胺按照20:1:1:0.1的质量比在400℃下处理3h，自然冷却到室温；(ⅲ)将上述步骤处理后的混合物溶于乙醇中，在300r/min转速下离心分离，取沉淀物，用去离子水清洗，干燥，制得改性废木竹粉末；
(5)将上述反应后的产物和高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂混合均匀，放入高速搅拌机搅拌，搅拌转速为700r/min；废木竹粉末与高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂的质量比为200:20:20:10:3；
(6)将高速搅拌后的混合物用冲压式制棒机冲压成碳棒；
(7)将碳棒送入炭化炉进行炭化处理，首先以3℃/min的速率升温到150℃，保温30min，再以5℃/min的速率升温到300℃，保温60min，最后以8℃/min的速率升温到800℃，保温3h，取出后立即放入12％浓度的常温醋酸溶液中骤冷，冷却后离心，取沉淀物清洗，制得机制木炭。
对比例：
一种利用茄果类蔬菜废弃物生产有机肥和机制木炭的工艺，包括以下步骤：
⑴将茄果类蔬菜废弃物在太阳下晒干或者自然风干至水分含量≤20％，期间机械碾压，使木质素含量≥30％含根和茎的秸秆与木质素含量<30％的叶和根部的泥土进行分离；
⑵制备机制木炭：
①将步骤⑴所得的木质素含量≥30％含根和茎的秸秆进行粉碎，并制成粒度0.1～5mm的秸秆粉；
②将80％的秸秆粉、20％的锯末按重量百分比(kg/kg)混匀，制得机制木炭原料；
③机制木炭原料在气流式烘干机或滚筒式烘干机中于温度为250℃烘干至水分含量≤10％，制得烘干后的机制木炭原料；
④将烘干后的机制木炭原料通过制棒成型机进行半成品成型加工，制棒成型机内的加热初始温度不低于170℃，待正常出棒后，温度逐渐下调到120℃，制得半成品待用；
⑤将半成品码放，待自然冷却至室温后将该半成品装入炭化炉进行炭化，经自然冷却，即得机制木炭；
对以上各实施例和对比例制备的机制木炭进行性能检测，结果如下：
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种利用废木竹制备机制木炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废木竹粉碎，溶于碱液中在45-55℃下进行超声搅拌，超声搅拌后用去离子水清洗溶液成中性，超声频率为40KHz，功率为80W，搅拌转速为100r/min；
(2)将碱液处理后的废木竹粉末和粉末重量0.3％的纤维素酶混合均匀，在32-34℃下进行反应；
(3)将上述反应后的产物和高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂混合均匀，放入高速搅拌机搅拌，搅拌转速为700-800r/min；
(4)将高速搅拌后的混合物用冲压式制棒机冲压成碳棒；
(5)将碳棒送入炭化炉进行炭化处理，制得机制木炭。
2.根据权利要求1所述的利用废木竹制备机制木炭的方法，其特征在于，所述碱液选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种，所述碱液浓度为2mol/L。
3.根据权利要求1所述的利用废木竹制备机制木炭的方法，其特征在于，所述废木竹粉末与高粱秸秆粉末、玉米秸秆粉末、丙三醇、尿醛树脂的质量比为200-300:20-30:20-30:10-20:3-5。
4.根据权利要求1所述的利用废木竹制备机制木炭的方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)之间对废木竹粉末进行改性，具体改性方法为：(1)将废木竹粉末溶于8-9％浓度的盐酸溶液中静置6-8h，过滤，用去离子水清洗，干燥；(2)将上述干燥后的废木竹粉末和聚氯乙烯、聚芳酰胺、二亚乙基三胺按照20:1:1:0.1的质量比在300-400℃下处理2-3h，自然冷却到室温；(3)将上述步骤处理后的混合物溶于乙醇中，在300r/min转速下离心分离，取沉淀物，用去离子水清洗，干燥，制得改性废木竹粉末。
5.根据权利要求1所述的利用废木竹制备机制木炭的方法，其特征在于，所述炭化处理的具体方法为：将反应产物送入炭化炉后，首先以3℃/min的速率升温到150-200℃，保温30min，再以5℃/min的速率升温到300-400℃，保温60min，最后以8℃/min的速率升温到800-900℃，保温3h，取出后立即放入12％浓度的常温醋酸溶液中骤冷，冷却后离心，取沉淀物清洗，制得机制木炭。
6.根据权利要求1-5任一项所述的利用废木竹制备机制木炭的方法，其特征在于，所述废木竹在碱液处理前经过发酵处理，具体方法为：
(1)将废木竹放入预处理液中静置预处理4h，处理后清洗、干燥；
所述预处理液由以下重量份的原料组成：去离子水80-100份、次氯酸钠6-8份、碘化钾3-5份、丙三醇20-30份、四氯化碳15-25份；
(2)将废木竹加入其重量0.05-0.06％的乳酸菌无氧发酵18天；
(3)将发酵后的产物过滤，沉淀物即发酵处理后的废木竹。
7.根据权利要求6所述的利用废木竹制备机制木炭的方法，其特征在于，所述废木竹由以下重量份的原料组成：废竹筐30-50份、废扁担10-20份、废竹席20-30份、废旧木材边角料5-10份。
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| CN117735527B (zh) * | 2024-02-21 | 2024-05-14 | 山东埃尔派粉体科技股份有限公司 | 一种生物质硬碳负极材料及其制备方法和基于其的钠离子电池 |
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