CN109294666A - 一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法 - Google Patents

一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法 Download PDF

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倪淑琴
甘泉峰
张开银
王珊珊
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陈虎
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Abstract

本发明公开了一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法，主要包括以下步骤:制备稻壳炭粉末并过筛选出过30目筛的粉末；制备淀粉粘合剂,主要包括对淀粉原料处理,制作淀粉溶液,氧化处理制作好的淀粉溶液；将制备的稻壳炭粉末与制备的淀粉粘合剂以一定质量比进行混合形成混合物；将混合物加入圆柱形模具，将模具放入压片机以一定的压力进行压片形成颗粒；将压片形成的颗粒进行烘干，得到以稻壳为原料的生物碳颗粒。本发明选用废弃稻壳为原料制备的生物炭颗粒增加流动性，可压性；避免转运过程中生物炭因为飘扬而造成损失；取用方便控制生物炭的用量；不需要干燥，只需要冷却储存即可；方便播撒,因此该生物炭具有很好的应用前景,值得推广。

Description

一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法
技术领域
本发明属于重金属处理技术领域，具体涉及一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法。
背景技术
近年来，随着工农业的发展和人类生活水平的提高，农用化学物质种类和数量不断增加，汽车尾气以及污水的不断排放，土壤重金属问题污染问题日益严重。重金属元素在土壤中难以降解，并且影响极大：一影响植物根和叶的发育，导致农作物产量下降；二能破坏土壤化学和物理结构；三会通过食物链或食物网被生物吸收、蓄集，产生生物放大作用，在人体中积累，严重危害人体健康。目前，对土壤重金属污染的治理方法有工程物理化学法、生物修复法、农业治理法。虽然这些方法具有一定的改良效果，但都存在一定局限性，比如费用高、效率低、土壤结构破坏、养分流失严重以及地下水污染等等。
由于生物炭是由生物质材料在完全或部分缺氧的条件下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质，通常呈现碱性，质地疏松，比表面积大，具有超强的肥料持留能力，可以降低养分的流失；还具有较强的持水性能，可以提高基质保水能力；此外生物炭还含有植物生长所需的一些营养元素，对植物生长也具有促进作用。将生物炭添加到土壤中不但可以改善土壤理化性质，延缓肥料中养分释放速度，增长持肥时效，促进作物生长，同时还可对土壤中有机和无机污染物的迁移转化造成影响，增进土壤对养分离子的吸附和保持，减少了因施肥对水体的富营养化影响和土地面源污染。另外，由于生物炭具有多孔结构，表面官能团丰富，有物理吸附和化学吸附的双重特性，可吸附重金属和有机污染物，从而降低污染物的生物有效性和环境风险，广泛应用于土壤改良、重金属吸附等方面。
我国是农业生产大国，也是世界上农业废弃物产出最大的国家，稻米作为我国主要的粮食之一，目前，农户对于稻壳废弃物处理一般都采取直接焚烧的方式，这不仅会造成空气污染，而且也会对人体造成伤害。稻壳含有大量的纤维素、木质素、二氧化硅等物质。稻壳中硅元素含量越高，稻壳则越坚硬，耐磨性越强，加工出来的稻壳炭也就会更加颗粒分明，颗粒越分明对土壤的结构改良越有利，透气效果越好。
中国专利CN104289177 A公开一种重金属废水净化用生物炭的制备方法，包括如下步骤：(1)将污泥半干化后与生物秸秆混合后的压缩成型；(2)将压缩成型的生物炭放入管式电炉中进行炭化；(3)将炭化后颗粒进行化学改性，制成具有多孔结构的生物炭。该专利不仅解决了秸秆原料含水率低的问题，经过化学改性后的生物炭吸附效果增强。但该专利的秸秆材质不利于形成比表面积大的生物炭，且生物炭的比表面积和孔容积有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以稻壳为原料的生物炭，采用物理挤压制备稻壳炭圆柱形颗粒状的制备方法，成型的稻壳炭颗粒有利于土壤的结构改良，增强透气效果，提高肥力，可吸附重金属和有机污染物，还可作融雪剂，雪融化后能够涵养土壤。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法,其包括以下步骤为:
步骤1、制备稻壳炭粉末，把稻壳炭研碎成粉末,过30目筛；
步骤2、制备淀粉粘合剂；
步骤3、将步骤1中制备的稻壳炭粉末与步骤2中制备的淀粉粘合剂以质量比进行混合形成混合物，所述的质量比为10:0.8-1.5；
步骤4、将步骤3中所述的混合物加入圆柱形模具，所述的模具中装满所述的混合物，将模具放入压片机以一定的压力进行压片形成颗粒，所述一定的压力为1.75-2.25Mpa；
步骤5、将所述步骤4所述形成颗粒进行烘干，得到以稻壳为原料的生物碳颗粒。
进一步的,所述步骤2中淀粉粘合剂的制备的具体步骤为：
步骤2.1、处理淀粉原料，向淀粉原料中加入pH9-11的碱溶液，不断搅拌然后放置沉淀，过滤掉杂质；
步骤2.2、制作淀粉溶液，向烧瓶内加入温度约为60-65℃的400g的蒸馏水，之后加入步骤1所述的处理过的淀粉原料100g，在加入淀粉原料的同时不断搅拌溶液；
步骤2.3、对上述步骤2.2制作好的淀粉溶液进行氧化处理，首先将4g聚乙烯醇溶于10g的80℃蒸馏水中混合均匀放置待用，向上述步骤2.2制作好的淀粉溶液中加入浓度为30％的9g过氧化氢，并不断搅拌，然后加入混合好的聚乙烯醇溶液并不断搅拌，之后放在60℃的保温箱里使之充分氧化；
步骤2.4、对上述步骤2.3处理好的溶液进行糊化处理，向步骤2.3中处理好的溶液中加入2g的丙三醇，并把不断搅拌，直到溶液变为糊状；
步骤2.5、对上述步骤2.4糊化处理好的溶液进行络合还原，首先将1.2g的固体硼砂放入热水中溶解搅拌均匀待用，然后缓慢加入到上述步骤2.4糊化处理好的溶液中，并不断搅拌，直到溶液混合均匀、透明且粘度为20-30mpa.s，得到淀粉粘合剂；
步骤2.6、对上述步骤2.5所述的淀粉粘合剂密封包装。
优选的，上述步骤3中所述质量比为10:1。
优选的，上述步骤4中所述的一定压力为2Mpa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明选用鲜少选用的稻壳炭为原料制备生物炭颗粒，稻壳炭化后形成了多微孔的疏松结构，比表面积和微孔结构较大，表面官能团丰富，有物理吸附和化学吸附的双重特性，可吸附重金属和有机污染物，从而降低污染物的生物有效性和环境风险；同时将稻壳炭制成颗粒的优点有：增加流动性，可压性；减少粉末吸附和容存的空气，以减少生物炭的松裂；避免转运过程中生物炭因为飘扬而造成损失；方便取用，控制生物炭的用量；制成颗粒状的生物炭不需要干燥，只需要冷却储存即可；方便播撒。
具体实施方式
实施例1
一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法,其包括以下步骤：
步骤1、制备稻壳炭粉末，把稻壳炭研碎成粉末,过30目筛；由于生物炭粉末极易飘扬在空中，研磨过程中，需要控制搅拌的力量与速度，加入的生物炭不宜过多，顺时针画圈式进行成粉过程。步骤2、制备淀粉粘合剂；制备淀粉粘合剂包括以下过程：首先处理淀粉原料，向淀粉原料中加入pH9-11的碱溶液，不断搅拌然后放置沉淀，过滤掉杂质；再者制作淀粉溶液，向烧瓶内加入温度约为60-65℃的400g的蒸馏水，之后加入上述处理过的淀粉原料100g，在加入淀粉原料的同时不断搅拌溶液以防止结块；再者对上述制作好的淀粉溶液进行氧化处理，首先将4g聚乙烯醇溶于10g的80℃蒸馏水中混合均匀放置待用，向上述制作好的淀粉溶液中加入浓度为30％的9g过氧化氢，并不断搅拌，然后加入混合好的聚乙烯醇溶液并不断搅拌，之后放在约60℃的保温箱里使之充分氧化；再者对上述步骤处理好的溶液进行糊化处理，向上述处理好的溶液中加入2g的丙三醇，并把不断搅拌，直到溶液变为糊状，此过程不能使溶液过稠；再者对上述糊化处理好的溶液进行络合还原，首先将1.2g的固体硼砂放入热水中溶解搅拌均匀待用，然后缓慢加入到上述糊化处理好的溶液中，并不断搅拌，直到溶液混合均匀、透明且粘度为15mpa.s，得到淀粉粘合剂，此过程中如果在搅拌均匀后出现一些小泡，可以适当加入一些消泡剂；最后对上述步骤所述的淀粉粘合剂密封包装。步骤3、将步骤1中制备的稻壳炭粉末与步骤2中制备的淀粉粘合剂以质量比进行混合形成混合物，所述的质量比为10:0.8，搅拌过程，使用波浪式搅拌法控制玻璃棒进行搅拌，搅拌需要时间较长，待所有成分均匀混合即可停止搅拌，无大量液体溢出为最佳状态。步骤4、将步骤3中所述的混合物加入圆柱形模具，所述的模具中装满所述的混合物，将模具放入压片机以一定的压力进行压片形成颗粒，所述一定的压力为1.75Mpa；步骤5、将所述步骤4所述形成颗粒进行烘干，得到以稻壳为原料的生物碳颗粒。
实施例2
在上述实施例1的基础上，本实施例的不同之处在于步骤3中的稻壳炭粉末与淀粉粘合剂以质量比10:1进行混合形成混合物，或者步骤三中的稻壳炭粉末与淀粉粘合剂以质量比10:1.5进行混合形成混合物。
实施例3
在上述实施例1或2的基础之上，本实施例的不同之处在于步骤4中将模具放入压片机以2Mpa的压力进行压片形成颗粒，此时形成的颗粒形态优良，不会出现断层或者裂痕，当压力为2.25Mpa时颗粒形态会出现小部分断层或者裂痕。
实施例4
在上述实施例1或者2或者3的基础之上，本实施例的不同之处在于步骤2中制备淀粉粘合剂时，在络合还原环节，首先将1.2g的固体硼砂放入热水中溶解搅拌均匀待用，然后缓慢加入到上述步骤2.4糊化处理好的溶液中，并不断搅拌，直到溶液混合均匀、透明且粘度为20-30Mpa.s时，最终形成稻壳生物炭颗粒的性能较好。
上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

Claims (4)

1.一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法,其特征在于包括以下步骤为:
步骤1、制备稻壳炭粉末，将稻壳炭研碎成粉末,过30目筛；
步骤2、制备淀粉粘合剂；
步骤3、将步骤1中制备的稻壳炭粉末与步骤2中制备的淀粉粘合剂以质量比进行混合形成混合物，所述的质量比为10:0.8-1.5；
步骤4、将步骤3中所述的混合物加入圆柱形模具，所述的模具中装满所述的混合物，将模具放入压片机以一定的压力进行压片形成颗粒，所述一定的压力为1.75-2.25Mpa；
步骤5、将所述步骤4所述形成颗粒进行烘干，得到以稻壳为原料的生物碳颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法，其特征在于所述步骤2的具体步骤为：
步骤2.1、处理淀粉原料，向淀粉原料中加入pH9-11的碱溶液，不断搅拌然后放置沉淀，过滤掉杂质；
步骤2.2、制作淀粉溶液，向烧瓶内加入温度约为60-65℃的400g的蒸馏水，之后加入步骤2.1所述的处理过的淀粉原料100g，在加入淀粉原料的同时不断搅拌溶液；
步骤2.3、对制作好的淀粉溶液进行氧化处理，首先将4g聚乙烯醇溶于10g的80℃蒸馏水中混合均匀放置待用，向上述步骤2.2制作好的淀粉溶液中加入浓度为30％的9g过氧化氢，并不断搅拌，然后加入混合好的聚乙烯醇溶液并不断搅拌，之后放在60℃的保温箱里使之充分氧化；
步骤2.4、对上述步骤2.3处理好的溶液进行糊化处理，向步骤2.3中处理好的溶液中加入2g的丙三醇，并不断搅拌，直到溶液变为糊状；
步骤2.5、对上述步骤2.4糊化处理好的溶液进行络合还原，首先将1.2g的固体硼砂放入热水中溶解搅拌均匀待用，然后缓慢加入到上述步骤2.4糊化处理好的溶液中，并不断搅拌，直到溶液混合均匀、透明且粘度为20-30mpa.s，得到淀粉粘合剂；
步骤2.6、对上述步骤2.5所述的淀粉粘合剂密封包装。
3.根据权利要求1所述的一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法，其特征在于步骤3中所述的质量比为10:1。
4.根据权利要求1所述的一种利用稻壳为原料的生物炭颗粒制备方法，其特征在于步骤4中所述的一定压力为2Mpa。
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