CN110079369A

CN110079369A - 一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法

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Publication number: CN110079369A
Application number: CN201910378351.9A
Authority: CN
Inventors: 张昆; 文阳平; 何绍浪; 成艳红; 黄欠如; 黄尚书; 李小飞; 汪裕唐; 王文琪
Original assignee: Jiangxi Carbon Technology Co Ltd; JIANGXI INSTITUTE OF REO SOIL
Current assignee: Jiangxi Carbon Technology Co Ltd; JIANGXI INSTITUTE OF REO SOIL
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2019-08-02

Abstract

本发明提供一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法，涉及生物炭燃料技术领域，包括以下步骤：将葛藤自然风干，粉碎，将葛藤粉末与盐溶液按照质量比1:15‑25的比例混合浸渍，烘干，得混合物料，将混合物料放于加热炉内厌氧加热至350‑480℃，升温速率为10‑20℃/min，达到预定温度保温1‑2h后自然冷却，得葛藤炭，将葛藤炭经球磨机磨碎后过80‑100目筛，加入其质量1/9‑4/9倍的改性木薯淀粉胶黏剂和助剂混合均匀后，压制成型，即得葛藤炭燃料。本发明制得的葛藤炭燃料具有较高的炭化得率及能量得率以及抗压强度。

Description

一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法

技术领域

本发明涉及生物炭燃料技术领域，具体涉及一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法。

背景技术

葛藤，旋花科、银背藤属藤本，高达3米，茎圆柱形、被短绒毛。叶互生，宽卵形，长10.5-13.5厘米，宽5.5-12厘米，先端锐尖或渐尖，基部圆形或微心形，叶面无毛，背面被灰白色绒毛，侧脉多数，平行，在叶背面突起。生于丘陵地区的坡地上或疏林中，分布海拔高度约300-1500米处。分布于东南亚和澳大利亚，中国贵州、广西及云南东南部等地，葛藤常生长在草坡灌丛、疏林地及林缘等处，攀附于灌木或树上的生长最为茂盛。对土壤适应性广，除排水不良的粘土外，山坡、荒谷、砾石地、石缝都可生长，而以湿润和排水通畅的土壤为宜。耐酸性强，土壤pH值4.5左右时仍能生长。耐旱，年降水量500毫米以上的地区可以生长。耐寒，在寒冷地区，越冬时地上部冻死，但地下部仍可越冬，第二年春季再生。因葛藤极强的生长能力，近年来葛藤数量越来越多，因此，如何利用数量繁多的葛藤是目前人们关心的问题。

生物炭是指由富含碳的生物质在无氧或缺氧条件下经过高温裂解生成的一种具有高度芳香化、富含碳素的、难熔的、稳定的多孔固体颗粒物质。它含有大量的碳和植物营养物质、具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积且表面含有较多的含氧活性基团，是一种多功能材料。它不仅可以改良土壤、增加肥力，吸附土壤或污水中的重金属及有机污染物，而且对碳氮具有较好的固定作用，施加于土壤中，可以减少CO₂、N₂O、CH₄等温室气体的排放，减缓全球变暖。

大量繁殖的葛藤为生物炭的生产提供了丰富的基础原料，将生物炭进一步开发为高热值、清洁环保的成型燃料对减轻能源和环境压力具有重要意义。生物炭燃料与生物炭或炭粉相比，具有较高的堆密度与强度、无粉尘污染，且在储藏、运输、使用过程中也较粉末炭有优势，也解决了炭化过程中大量炭粉的浪费问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法，有效缓解了因葛藤大量繁殖造成的环境问题，利用葛藤制备生物炭燃料减轻能源和环境压力。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法，包括以下步骤：

1)将葛藤自然风干1-2个月后，用粉碎机粉碎过10-40目筛，得葛藤粉末待用；

2)将葛藤粉末与盐溶液按照质量比1:15-25的比例混合浸渍，在100-110℃下烘干20-24h，脱除自由水分，取出后研磨，使之混合均匀，得混合物料；

3)将步骤2)中混合物料放于加热炉内厌氧加热至350-480℃，升温速率为10-20℃/min，达到预定温度保温1-2h后自然冷却，得葛藤炭；

4)将步骤3)得到的葛藤炭经球磨机磨碎后过80-100目筛，加入其质量1/9-4/9倍的改性木薯淀粉胶黏剂和助剂混合均匀后，压制成型，即得葛藤炭燃料。

进一步的，步骤2)中盐溶液为KCl溶液、LiCl溶液、NaCl溶液、Na₂CO₃溶液、K₂CO₃溶液中的一种。

进一步的，步骤3)中，加热炉内通入N₂、Ar、He气体中的一种作为保护气体，保护气体流量为30-50mL/min。

进一步的，步骤4)中，所述改性木薯淀粉胶黏剂的制备过程为：向水中加入淀粉，搅拌条件下加入浓H₂SO₄，KMnO₄氧化1h，充分氧化后加入NaOH溶液，糊化20-30min后加入木质素衍生物和硼砂交联剂，即得改性木薯淀粉胶黏剂。

进一步的，改性木薯淀粉胶黏剂中，水、淀粉、浓H₂SO₄、KMnO₄、NaOH溶液、木质素衍生物和硼砂交联剂的质量/体积比为120ml:40g:1ml:0.8g:5ml:4g:12g。

进一步的，步骤4)中，压制成型时，温度为20-30℃，压力4-5Mpa，时间5-8min。

(三)有益效果

本发明提供了一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法，其具有如下有益效果：

1、由于熔盐的热容量大、传热速率快，因此在将葛藤粉末高温裂解前用盐溶液预处理，使葛藤粉末在熔盐中分散，并被熔盐离子包围，可以使葛藤粉末的温度迅速升至预定反应温度，大大降低了葛藤粉末炭化使对热源、设备材料的耐热性及系统的保温性能的要求。

2、葛藤在炭化过程中，炭化温度和升温速率的选择至关重要。在炭化时间一定的条件下，生物质炭化物的灰分和固定炭含量随着炭化温度升高而升高，生物质炭的炭化物得率和挥发分随着温度的升高而降低。本发明中葛藤主要为制备生物炭燃料使用，炭化温度在350-480℃时，炭化产率高，作为燃料炭使用时，热值和能量转化率均较高。

3、本发明葛藤炭压制成炭燃料时，选用改性木薯淀粉胶黏剂，木薯淀粉具有资源丰富、价格低廉、使用方便等特点，由于使用改性木薯淀粉胶黏剂，使得葛藤炭成型块的抗压强度增大，并提高其抗压热强度和抗跌碎热强度，方便其运输和保存。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法，包括以下步骤：

1)将葛藤自然风干1个月后，用粉碎机粉碎过10目筛，得葛藤粉末待用；

2)将葛藤粉末与NaCl溶液按照质量比1:15的比例混合浸渍，在110℃下烘干20h，脱除自由水分，取出后研磨，使之混合均匀，得混合物料；

3)将步骤2)中混合物料放于加热炉内加热至400℃，升温速率为10℃/min，通入N₂保护气，气体流量为30mL/min，达到预定温度保温1h后自然冷却，得葛藤炭；

4)将步骤3)得到的葛藤炭经球磨机磨碎后过100目筛，加入其质量1/9倍的改性木薯淀粉胶黏剂和助剂混合均匀后，在温度为30℃，压力4Mpa，压制时间为5min的条件下压制成型，即得葛藤炭燃料，其中，改性木薯淀粉胶黏剂的制备过程为：向120ml水中加入40g淀粉，搅拌条件下加入1ml浓H₂SO₄，0.8g KMnO₄氧化1h，充分氧化后加入5ml NaOH溶液，糊化20-30min后加入4g木质素衍生物和12g硼砂交联剂，即得改性木薯淀粉胶黏剂。

实施例2：

1)将葛藤自然风干2个月后，用粉碎机粉碎过40目筛，得葛藤粉末待用；

2)将葛藤粉末与K₂CO₃溶液按照质量比1:20的比例混合浸渍，在100℃下烘干24h，脱除自由水分，取出后研磨，使之混合均匀，得混合物料；

3)将步骤2)中混合物料放于加热炉内加热至350℃，升温速率为15℃/min，通入Ar保护气，气体流量为40mL/min，达到预定温度保温2h后自然冷却，得葛藤炭；

4)将步骤3)得到的葛藤炭经球磨机磨碎后过80目筛，加入其质量3/9倍的改性木薯淀粉胶黏剂和助剂混合均匀后，在温度为25℃，压力5Mpa，压制时间为8min的条件下压制成型，即得葛藤炭燃料，其中，改性木薯淀粉胶黏剂的制备过程为：向120ml水中加入40g淀粉，搅拌条件下加入1ml浓H₂SO₄，0.8g KMnO₄氧化1h，充分氧化后加入5ml NaOH溶液，糊化20-30min后加入4g木质素衍生物和12g硼砂交联剂，即得改性木薯淀粉胶黏剂。

实施例3：

一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法，包括以下步骤：

1)将葛藤自然风干1个月后，用粉碎机粉碎过20目筛，得葛藤粉末待用；

2)将葛藤粉末与Na₂CO₃溶液按照质量比1:25的比例混合浸渍，在105℃下烘干24h，脱除自由水分，取出后研磨，使之混合均匀，得混合物料；

3)将步骤2)中混合物料放于加热炉内加热至420℃，升温速率为20℃/min，通入He保护气，气体流量为50mL/min，达到预定温度保温1h后自然冷却，得葛藤炭；

4)将步骤3)得到的葛藤炭经球磨机磨碎后过90目筛，加入其质量2/9倍的改性木薯淀粉胶黏剂和助剂混合均匀后，在温度为25℃，压力5Mpa，压制时间为6min的条件下压制成型，即得葛藤炭燃料，其中，改性木薯淀粉胶黏剂的制备过程为：向120ml水中加入40g淀粉，搅拌条件下加入1ml浓H₂SO₄，0.8g KMnO₄氧化1h，充分氧化后加入5ml NaOH溶液，糊化20-30min后加入4g木质素衍生物和12g硼砂交联剂，即得改性木薯淀粉胶黏剂。

实施例4：

一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法，包括以下步骤：

1)将葛藤自然风干1个月后，用粉碎机粉碎过30目筛，得葛藤粉末待用；

2)将葛藤粉末与KCl溶液按照质量比1:15的比例混合浸渍，在110℃下烘干22h，脱除自由水分，取出后研磨，使之混合均匀，得混合物料；

3)将步骤2)中混合物料放于加热炉内加热至480℃，升温速率为20℃/min，通入N₂保护气，气体流量为40mL/min，达到预定温度保温1h后自然冷却，得葛藤炭；

4)将步骤3)得到的葛藤炭经球磨机磨碎后过100目筛，加入其质量3/9倍的改性木薯淀粉胶黏剂和助剂混合均匀后，在温度为24℃，压力4Mpa，压制时间为7min的条件下压制成型，即得葛藤炭燃料，其中，改性木薯淀粉胶黏剂的制备过程为：向120ml水中加入40g淀粉，搅拌条件下加入1ml浓H₂SO₄，0.8g KMnO₄氧化1h，充分氧化后加入5ml NaOH溶液，糊化20-30min后加入4g木质素衍生物和12g硼砂交联剂，即得改性木薯淀粉胶黏剂。

实施例5：

一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法，包括以下步骤：

2)将葛藤粉末与LiCl溶液按照质量比1:20的比例混合浸渍，在105℃下烘干23h，脱除自由水分，取出后研磨，使之混合均匀，得混合物料；

3)将步骤2)中混合物料放于加热炉内加热至450℃，升温速率为10℃/min，通入N₂保护气，气体流量为30mL/min，达到预定温度保温2h后自然冷却，得葛藤炭；

4)将步骤3)得到的葛藤炭经球磨机磨碎后过90目筛，加入其质量4/9倍的改性木薯淀粉胶黏剂和助剂混合均匀后，在温度为25℃，压力4Mpa，压制时间为6min的条件下压制成型，即得葛藤炭燃料，其中，改性木薯淀粉胶黏剂的制备过程为：向120ml水中加入40g淀粉，搅拌条件下加入1ml浓H₂SO₄，0.8g KMnO₄氧化1h，充分氧化后加入5ml NaOH溶液，糊化20-30min后加入4g木质素衍生物和12g硼砂交联剂，即得改性木薯淀粉胶黏剂。

分别取500g葛藤按照上述实施例1-5所述的制备方法制备葛藤炭燃料，采用5E-AC/PT(L)型自动量热仪(长沙开元仪器有限公司)对本发明实施例1-5制得的葛藤炭进行炭化得率及能量得率分析，对葛藤炭燃料进行力学性能分析，具体结果如表1所示。

表1：

组别	炭化得率％	能量得率％	抗压强度KPa
				实施例1	39.6	48.5	221.32
实施例2	39.5	47.2	231.48
				实施例3	36.4	46.8	256.47
实施例4	37.2	44.6	245.65
				实施例5	38.7	47.9	249.31

综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明实施例1-5制得的葛藤炭燃料，具有较高的炭化得率及能量得率，使用改性木薯淀粉胶黏剂可增大葛藤炭燃料抗压强度，方便葛藤炭燃料运输和保存。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种利用葛藤制备生物炭燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将葛藤自然风干1-2个月后，用粉碎机粉碎过10-40目筛，得葛藤粉末待用；

2）将葛藤粉末与盐溶液按照质量比1:15-25的比例混合浸渍，在100-110 ℃下烘干20-24 h，脱除自由水分，取出后研磨，使之混合均匀，得混合物料；

3）将步骤2）中混合物料放于加热炉内厌氧加热至350-480℃，升温速率为10-20 ℃/min，达到预定温度保温1-2h后自然冷却，得葛藤炭;

4）将步骤3）得到的葛藤炭经球磨机磨碎后过80-100目筛，加入其质量1/9-4/9倍的改性木薯淀粉胶黏剂和助剂混合均匀后，压制成型，即得葛藤炭燃料。

2.如权利要求1所述的利用葛藤制备生物炭燃料的方法，其特征在于，所述步骤2）中盐溶液为KCl溶液、LiCl溶液、NaCl溶液、Na₂CO₃溶液、K₂CO₃溶液中的一种。

3.如权利要求1所述的利用葛藤制备生物炭燃料的方法，其特征在于，步骤3）中，加热炉内通入N₂、Ar、He气体中的一种作为保护气体，保护气体流量为30-50 mL/min。

4.如权利要求1所述的利用葛藤制备生物炭燃料的方法，其特征在于，步骤4）中，所述改性木薯淀粉胶黏剂的制备过程为：向水中加入淀粉，搅拌条件下加入浓H₂SO₄，KMnO₄氧化1h，充分氧化后加入NaOH溶液，糊化20-30 min后加入木质素衍生物和硼砂交联剂，即得改性木薯淀粉胶黏剂。

5.如权利要求4所述的利用葛藤制备生物炭燃料的方法，其特征在于，所述改性木薯淀粉胶黏剂中，水、淀粉、浓H₂SO₄、KMnO_4、NaOH溶液、木质素衍生物和硼砂交联剂的质量/体积比为120 ml:40 g:1 ml:0.8 g:5 ml:4 g:12 g。

6.如权利要求1所述的利用葛藤制备生物炭燃料的方法，其特征在于，步骤4）中，压制成型时，温度为20-30 ℃，压力4-5 Mpa，时间5-8 min。