CN111760550A - 一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置及方法，属于吸附材料制备技术领域。主要包括上端设有入料口且用于废弃植物基生物质破碎处理以及底端设有出料口的控料破碎箱、热解炭化元件、多层流化床、循环干燥箱、智能控制元件；通过在入料口处能够旋转的控料盘控制物料下落速率，使后续破碎充分，使粉末粒径均匀，满足使用要求；通过多层流化床对包覆前驱液的多孔活性炭载体表面进行喷雾包膜使其外壁形成包覆层，一方面，能够防止多孔活性炭载体发生磨损，增加其机械强度，另一方面，能够增加多孔活性炭载体的比重，使制备的多孔级活性生物炭吸附材料能够落入污染水体内部，既不沉底，也不浮于水面，增加其水处理效果。

Description

一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置及方法
技术领域
本发明属于吸附材料制备技术领域，具体涉及一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置及方法。
背景技术
废弃植物基生物质是一种优良的生物质能源，而且每年都有很大的产量，以前由于对废弃植物基生物质的利用方式少，通常是堆叠在田地里直接焚烧，不仅浪费，而且污染环境。随着生物质能源的研究和开发，废弃植物基生物质作为优良的生物质能源，可以通过高温炭化，从而实现多种用途，废弃植物基生物质制备生物炭指在缺氧的条件下把生物质进行高温处理，生物质中的油和气燃烧掉，剩下的就是生物炭。植物的腐烂自然而然会令土壤中含有大量的碳元素，但是这些碳相对而言是不稳定的，受气候影响很大，一旦遇到像农耕这样的变化，土壤就会释放出二氧化碳，这使得它们既是碳源、又是碳汇，生物炭埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤，有助于减缓全球变暖，全世界范围内引发了对生物炭的广泛兴趣。有不少科学家认为，用生物炭捕捉碳元素相当稳定，能将碳元素“锁”在地下数百年，并让土壤变得更肥沃；另外还可以减少二氧化氮和甲烷等温室气体的排放，因此，利用农作物秸秆制备生物炭的方法是势在必行的。
现有的利用废弃植物基生物质制备生物炭吸附材料的方法存在吸附材料机械强度小，易破碎磨损，从而影响吸附效果，且利用制备的活性炭吸附材料进行污水处理时，其比重小于水的比重仅漂浮在水面上，大大降低活性炭吸附材料的污水处理效果；制备吸附材料不具备磁性，不易分离，容易造成二次污染；且利用水热炭化的方法制备时，不能对余热进行循环利用，则降低了系统的热效率，浪费资源的问题；现有的废弃植物基生物质制备生物炭吸附材料的装置存在不能调控废弃植物基生物质的下料速度，使破碎处理后的生物质粉末粒径不均匀，不能满足使用要求。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置及方法。
本发明的技术方案是：一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置，主要包括上端设有入料口及底端设有出料口且用于废弃植物基生物质破碎处理的控料破碎箱、与所述控料破碎箱底端连接且将破碎处理后的生物质进行水热炭化处理的热解炭化元件、与所述热解炭化元件连接且对水热炭化处理产生的多孔活性炭载体进行喷雾包膜的多层流化床、与所述多层流化床连接且对喷雾包膜处理后的生物炭进行干燥处理的循环干燥箱、控制各个电气元件正常运行的智能控制元件；所述控料破碎箱内部且位于入料口正下端处设有多个相互啮合以及通过电机驱动的破碎齿轮，控料破碎箱内壁左右两侧且位于所述破碎齿轮下端对称设有通过转动头连接的连接件，所述连接件通过电动伸缩杆连接有侧壁设有多个研磨柱的研磨齿头，且上述转动头通过马达驱动，控料破碎箱内且位于所述研磨齿头下端水平设有研磨齿盘，每个所述研磨齿盘上设有与研磨柱一一对应的研磨槽，控料破碎箱内壁下端左右两侧分别通过转动件设有封闭盘，所述封闭盘上端设有多个与研磨槽一一对应的封闭柱，封闭盘侧壁设有滑动槽，封闭盘底端设有电动伸缩杆，且电动伸缩杆上端通过滑块与所述滑动槽滑动连接。
进一步地，所述入料口处竖直设有控料盘，所述控料盘的尺寸大于入料口的尺寸，且上端位于入料口内，控料盘侧壁沿周向均匀设有多个尺寸相等的控料槽，控料盘中心贯穿设有通过马达驱动的转动轴，所述转动轴与控料破碎箱前后侧壁连接,通过控料盘的旋转，使需要处理的废弃植物基生物质落入转动至入料口上端的各个控料槽内，当对应的控料槽旋转至下端时废弃植物基生物质落至相互啮合的破碎齿轮之间，然后进行后续破碎处理，通过上述方式添加物料，能够控制物料下落速率，使后续破碎充分，使制备的生物质粉末粒径均匀，满足使用要求，可靠性高。
进一步地，所述研磨槽与封闭柱的半径相等，所述研磨柱的半径小于研磨槽与封闭柱的半径，通过半径与研磨槽相等的封闭柱对其进行封闭，通过尺寸较小的研磨柱深入研磨槽内完成研磨操作，且通过多个研磨槽的设置，将破碎齿轮处理后的生物质。
进一步地，所述研磨齿盘左右两侧对称设有滑动齿条，控料破碎箱内壁两侧且对应滑动齿条位置处设有与滑动齿条滑动连接的滑槽，且研磨齿盘侧壁设有提拉把手，通过将研磨齿盘设置成抽屉式结构，方便更换和清洗，避免使用时间长后，造成研磨槽堵塞或内部粉尘过大，既影响研磨破碎效果，又污染环境。
进一步地，所述热解炭化元件包括与控料破碎箱底端连接且内部设有保温内胆以及外部设有保温外壳的热解炭化箱、设于所述保温内胆与保温外壳之间的加热器、设于保温内胆侧壁且表面均匀设有多个喷水口的喷洒盘、竖直设于控料破碎箱内且底端通过转动轴连接有旋转电机的搅拌桨叶，热解炭化箱底端设有排水电磁阀，所述喷洒盘通过连接管连接有高温去离子水箱，通过热解炭化元件将破碎齿轮处理后的生物质粉末进行热解炭化处理，且在处理的过程中，通过搅拌桨叶对加入热解炭化箱内的高温去离子水进行搅拌，使其热解炭化充分，工作效率高。
进一步地，所述循环干燥箱内设有加热装置，循环干燥箱底端连接有蒸汽发生器，循环干燥箱上端设有与蒸汽发生器连接的气/固分离器，且循环干燥箱上设有温度传感器和压力传感器，通过将蒸汽发生器产生的蒸汽循环利用，减少了额外蒸汽的引入，提高了系统的热效率，节约能耗。
利用上述制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置制备生物炭时的方法，主要包括以下步骤：
(1)取废弃植物基生物质烘干，然后通过入料口添加至控料破碎箱内，经破碎处理后，得到50-60目的生物质粉末备用；
(2)向步骤所得的生物质粉末中加入磁性纳米铁和质量分数为30-35％的盐酸溶液，混合均匀后得到生物质混合液，其中，生物质粉末、磁性纳米铁和盐酸溶液的质量比为5:1:1，然后将上述生物质混合液置于热解炭化箱中，并通过高温去离子水箱向热解炭化箱内通入220-230℃的去离子水进行水热处理，并通过加热器加热升温，最后，向上述水热处理后的生物质混合液中加入0.01-0.1g浓度为1.5-2mol/L的活化剂，并在500-550℃的温度下混合处理6-7h后，用去离子水清洗、干燥后得到多孔活性炭载体，其中，生物质混合液与活化剂的质量比为6:0.1；
(3)按总质量分数100％计，取45-65％的甲基丙烯酸树脂、9-21％的聚丙烯酸酯、6-10.8％的丙二醇甲醚醋酸酯、2.5-3.2％的二硫化钼、余量为水，分别放入搅拌容器中搅拌均匀，然后置于功率为600-750W，频率为20-35KHz的超声波发生器中，超声处理1-2h，得到包覆前驱液，将步骤得到的多孔活性炭载体放入喷雾压力为0.35-0.45Mpa的多层流化床内，以进行喷雾包膜，直至喷完包覆前驱液，其中，包覆前驱液与多孔活性炭载体的质量比为1:5，停止喷液后通过循环干燥箱进行干燥，得到笼式生物炭吸附材料。
进一步地，所述步骤中所述的活化剂为KOH、NaOH、ZnCl2、SnCl2其中的一种或几种，且生物质混合液和活化剂的水溶液的质量比为5:1，通过活化剂的添加，使制备的生物炭吸附材料具有高比表面积和孔容，优化吸附效果从而满足使用要求。
进一步地，所述步骤(3)中对喷完包覆前驱液后的多孔活性炭载体采用对流传热的方式进行干燥，具体干燥过程为：S1:启动加热装置对循环干燥箱加热，直至温度升至60-80℃，然后取步骤中喷完包覆前驱液的生物炭并放入循环干燥箱；S2：启动蒸汽发生器并产生0.2Mpa的饱和蒸汽，启动抽风机将循环干燥箱内的空气抽出，同时，并从循环干燥箱的下端送入上述饱和蒸汽，直至温度升高至150-180℃，压力达到0.13-0.14Mpa；S3：在循环风机增压下，使步骤S2中干燥完成后的蒸汽从干燥容器中流出，经过气/固分离器除尘，然后通过蒸汽发生器重新进入循环干燥箱内进行下一次干燥；通过使用饱和蒸汽对喷完包覆前驱液的生物炭进行对流干燥，饱和蒸汽的比热是空气比热的2倍，因此所需的干燥蒸汽用量少，且通过对使用后的蒸汽循环利用，减少了额外蒸汽的引入，提高了系统的热效率，节约能耗，有显著的经济效益和社会效益。
更进一步地，所述步骤(2)中将生物质粉末、磁性纳米铁和质量分数为30-35％的盐酸溶液混合的具体过程为：将磁性纳米铁和质量分数为30-35％的盐酸溶液分别加至同一搅拌容器中，使用蠕动泵搅拌均匀，然后，利用喷雾喷粉机将生物质粉末喷入上述容器中，继续搅拌2-3h直至混匀即可，通过将生物质粉末以喷雾的方式加入，增加生物质粉末与上述两者混合物的混匀效果，避免生物质粉末因搅拌不到位发生结块，从而影响制备的生物炭吸附材料的性能。
本发明的工作原理：
(1)取废弃植物基生物质烘干后，使用马达驱动转动轴转动，从而使控料盘旋转，同时，通过入料口将干燥后的废弃植物基生物质添加到转动至入料口上端的控料槽内，当对应的控料槽旋转至下端时，控料槽内的废弃植物基生物质落至相互啮合的破碎齿轮之间，然后，启动与破碎齿轮连接的电机来驱动两个破碎齿轮相向转动，从而对废弃植物基生物质进行初步破碎，同时，启动封闭盘底端电动伸缩杆拉伸，直至各个封闭柱将对应的研磨槽封堵完成，此时，经初步破碎后的废弃植物基生物质落入各个研磨槽内，然后，启动与连接件连接的转动头出的马达，利用马达驱动两端的转动头沿相反方向转动，从而使研磨齿头转动至水平方向且多个研磨柱位于下端，启动连接件处的电动伸缩杆，通过电动伸缩杆往复拉伸与压缩，从而使研磨齿头上下往复移动，此时，多个研磨柱将通过上下移动来完成对应研磨槽内生物质的研磨得到生物质粉末，驱动封闭盘底端电动伸缩杆压缩，各个封闭柱将对应的研磨槽分开，经研磨得到的生物质粉末经研磨槽经出料口流出即可；
(2)将经过出料口流出的生物质粉末添加至保温内胆内，启动加热器进行加热，同时，将高温去离子水箱内的高温去离子水经各个喷水口喷至保温内胆的生物质粉末中，启动旋转电机，旋转电机带动搅拌桨叶转动从而完成搅拌，加快热解炭化速率；
(3)将经热解炭化后得到的多孔活性炭载体加至多层流化床中进行喷雾包膜得到喷完包覆前驱液活性炭；
(4)取循环干燥箱，启动加热装置对循环干燥箱加热，直至温度升至60-80℃，然后取包覆前驱液的活性炭放入循环干燥箱中，启动蒸汽发生器并产生0.2Mpa的饱和蒸汽，启动抽风机将循环干燥箱内的空气抽出，同时，并从循环干燥箱的下端送入上述饱和蒸汽，直至温度升高至150-180℃，压力达到0.13-0.14Mpa时，干燥完成，得到多孔级活性生物炭吸附材料。
本发明的有益效果是：本发明提供一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置及方法，本发明具备以下的优点：
1、本发明通过在入料口处能够旋转的控料盘以及控料盘上的多个尺寸相等的控料槽的设置，可将待破碎处理的废弃植物基生物质均分至各个控料槽内，通过上述方式添加物料，能够控制物料下落速率，使后续破碎充分，使制备的生物质粉末粒径均匀，满足使用要求，可靠性高。
2、本发明通过多个破碎齿轮之间相互啮合对通过的生物质进行初步破碎，然后通过封闭盘对研磨齿盘进行封闭，通过研磨齿头对研磨齿盘上经初步破碎后的生物质粉末进行研磨，经过两者方式相互配合进行高效破碎，使制备的生物质粉末粒径均匀，进而改善生物质粉末的热解炭化效果。
3、本发明通过将蒸汽发生器产生的蒸汽在循环干燥箱内循环利用，减少了额外蒸汽的引入，提高了系统的热效率，节约能耗。
4、本发明通过多层流化床对包覆前驱液的多孔活性炭载体表面进行喷雾包膜，然后经干燥后得到笼式生物炭吸附材料，使多孔活性炭载体的表层形成类似于笼子的包覆层，通过该包覆层一方面，能够防止多孔活性炭载体发生磨损，增加其机械强度，另一方面，能够增加多孔活性炭载体的比重，使制备的多孔级活性生物炭吸附材料能够落入污染水体内部，既不沉底，也不浮于水面，增加其水处理效果。
5、本发明通过在制备多孔级活性生物炭吸附材料的过程中添加磁性纳米铁，使生物炭吸附材料具有磁性，在外磁场的作用下易从废水中分离，可循环使用，有很好的经济效益。
附图说明
图1是本发明的工作流程结构示意图；
图2是本发明的控料破碎箱内的研磨齿头、研磨齿盘以及封闭盘分开时结构示意图；
图3是本发明的控料破碎箱内的研磨齿头、研磨齿盘以及封闭盘扣合时的结构示意图；
图4是本发明的控料盘的控料盘的结构示意图；
图5是本发明的研磨齿盘的俯视图。
其中，1-控料破碎箱、10-入料口、11-出料口、12-破碎齿轮、13-连接件、14-研磨齿头、140-研磨柱、15-研磨齿盘、150-研磨槽、151-滑动齿条、152-提拉把手、16-封闭盘、160-封闭柱、161-滑动槽、17-控料盘、170-控料槽、171-转动轴、2-热解炭化元件、20-热解炭化箱、200-保温内胆、201-保温外壳、202-排水电磁阀、21-加热器、22-喷洒盘、220-喷水口、221-高温去离子水箱、23-搅拌桨叶、230-旋转电机、3-多层流化床、4-循环干燥箱、40-加热装置、41-蒸汽发生器、42-气/固分离器、43-温度传感器、44-压力传感器。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
如图1所示的一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置，主要包括上端设有入料口10及底端设有出料口11且用于废弃植物基生物质破碎处理的控料破碎箱1、与控料破碎箱1底端连接且将破碎处理后的生物质进行水热炭化处理的热解炭化元件2、与热解炭化元件2连接且对水热炭化处理产生的多孔活性炭载体进行喷雾包膜的多层流化床3、与多层流化床3连接且对喷雾包膜处理后的生物炭进行干燥处理的循环干燥箱4、控制各个电气元件正常运行的智能控制元件，其中，智能控制元件为PLC控制器，其型号为SIMATIC S7-300；如图2、3所示，控料破碎箱1内部且位于入料口10正下端处设有3个相互啮合以及通过电机驱动的破碎齿轮12，如图3、4所示，控料破碎箱1内壁左右两侧且位于破碎齿轮12下端对称设有通过转动头连接的连接件13，连接件13通过电动伸缩杆连接有侧壁设有4个研磨柱140的研磨齿头14，且上述转动头通过马达驱动，控料破碎箱1内且位于研磨齿头14下端水平设有研磨齿盘15，如图5所示，研磨齿盘15上设有与研磨柱140一一对应的研磨槽150，研磨齿盘15左右对称两侧设有滑动齿条151，控料破碎箱1内壁对应研磨齿盘15位置处的左右两侧设有与滑动齿条151滑动连接滑槽，且研磨齿盘15侧壁设有提拉把手152，通过将研磨齿盘15设置成抽屉式结构，方便更换和清洗，避免使用时间长后，造成研磨槽150堵塞或内部粉尘过大，既影响研磨破碎效果，又污染环境；控料破碎箱1内壁下端左右两侧分别通过转动件设有封闭盘16，每个封闭盘16上端设有4个与研磨槽150一一对应的封闭柱160，封闭盘16侧壁设有滑动槽161，封闭盘16底端设有电动伸缩杆，且电动伸缩杆上端通过滑块与滑动槽161滑动连接。
利用上述制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置制备生物炭，其方法主要包括以下步骤：
(1)取废弃植物基生物质烘干，然后通过入料口10添加至控料破碎箱1内，经破碎处理后，得到50目的生物质粉末备用；
(2)向步骤(1)所得的生物质粉末中加入磁性纳米铁和质量分数为30％的盐酸溶液，混合均匀后得到生物质混合液，其中，生物质粉末、磁性纳米铁和盐酸溶液的质量比为5:1:1，然后将上述生物质混合液置于热解炭化箱20中，并通过高温去离子水箱221向热解炭化箱20内通入220℃的去离子水进行水热处理，并通过加热器21加热升温，最后，向上述水热处理后的生物质混合液中加入0.01g浓度为1.5mol/L的活化剂，其中，活化剂为KOH，并在500℃的温度下混合处理6h后，用去离子水清洗、干燥后得到多孔活性炭载体，其中，生物质混合液与活化剂的质量比为6:0.1；
(3)按总质量分数100％计，取65％的甲基丙烯酸树脂、9％的聚丙烯酸酯、6％的丙二醇甲醚醋酸酯、2.5％的二硫化钼、7.5％的水分别放入搅拌容器中搅拌均匀，然后置于功率为600W，频率为20KHz的超声波发生器中，超声处理1h，得到包覆前驱液，将步骤(2)得到的多孔活性炭载体放入喷雾压力为0.35Mpa的多层流化床3内进行喷雾包膜，直至喷完包覆前驱液，其中，包覆前驱液与多孔活性炭载体的质量比为1:5，停止喷液后通过循环干燥箱4进行干燥，得到笼式生物炭吸附材料。
实施例2
如图1所示的一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置，主要包括上端设有入料口10及底端设有出料口11且用于废弃植物基生物质破碎处理的控料破碎箱1、与控料破碎箱1底端连接且将破碎处理后的生物质进行水热炭化处理的热解炭化元件2、与热解炭化元件2连接且对水热炭化处理产生的多孔活性炭载体进行喷雾包膜的多层流化床3、与多层流化床3连接且对喷雾包膜处理后的生物炭进行干燥处理的循环干燥箱4、控制各个电气元件正常运行的智能控制元件，其中，智能控制元件为PLC控制器，其型号为SIMATIC S7-300；如图2、3所示，控料破碎箱1内部且位于入料口10正下端处设有3个相互啮合以及通过电机驱动的破碎齿轮12，如图3、4所示，控料破碎箱1内壁左右两侧且位于破碎齿轮12下端对称设有通过转动头连接的连接件13，连接件13通过电动伸缩杆连接有侧壁设有4个研磨柱140的研磨齿头14，且上述转动头通过马达驱动，控料破碎箱1内且位于研磨齿头14下端水平设有研磨齿盘15，如图5所示，研磨齿盘15上设有与研磨柱140一一对应的研磨槽150，研磨齿盘15左右对称两侧设有滑动齿条151，控料破碎箱1内壁对应研磨齿盘15位置处的左右两侧设有与滑动齿条151滑动连接滑槽，且研磨齿盘15侧壁设有提拉把手152，通过将研磨齿盘15设置成抽屉式结构，方便更换和清洗，避免使用时间长后，造成研磨槽150堵塞或内部粉尘过大，既影响研磨破碎效果，又污染环境；控料破碎箱1内壁下端左右两侧分别通过转动件设有封闭盘16，每个封闭盘16上端设有4个与研磨槽150一一对应的封闭柱160，封闭盘16侧壁设有滑动槽161，封闭盘16底端设有电动伸缩杆，且电动伸缩杆上端通过滑块与滑动槽161滑动连接。
利用上述制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置制备生物炭，其方法主要包括以下步骤：
(1)取废弃植物基生物质烘干，然后通过入料口10添加至控料破碎箱1内，经破碎处理后，得到55目的生物质粉末备用；
(2)向步骤(1)所得的生物质粉末中加入磁性纳米铁和质量分数为33％的盐酸溶液，混合均匀后得到生物质混合液，其中，生物质粉末、磁性纳米铁和盐酸溶液的质量比为5:1:1，然后将上述生物质混合液置于热解炭化箱20中，并通过高温去离子水箱221向热解炭化箱20内通入225℃的去离子水进行水热处理，并通过加热器21加热升温，最后，向上述水热处理后的生物质混合液中加入0.06g浓度为1.8mol/L的活化剂，其中，活化剂为KOH，并在530℃的温度下混合处理6.5h后，用去离子水清洗、干燥后得到多孔活性炭载体，其中，生物质混合液与活化剂的质量比为6:0.1；
(3)按总质量分数100％计，取55％的甲基丙烯酸树脂、15％的聚丙烯酸酯、8％的丙二醇甲醚醋酸酯、2.9％的二硫化钼、19.1％的水分别放入搅拌容器中搅拌均匀，然后置于功率为700W，频率为30KHz的超声波发生器中，超声处理1.5h，得到包覆前驱液，将步骤(2)得到的多孔活性炭载体放入喷雾压力为0.4Mpa的多层流化床3内进行喷雾包膜，直至喷完包覆前驱液，其中，包覆前驱液与多孔活性炭载体的质量比为1:5，停止喷液后通过循环干燥箱4进行干燥，得到笼式生物炭吸附材料。
实施例3
如图1所示的一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置，主要包括上端设有入料口10及底端设有出料口11且用于废弃植物基生物质破碎处理的控料破碎箱1、与控料破碎箱1底端连接且将破碎处理后的生物质进行水热炭化处理的热解炭化元件2、与热解炭化元件2连接且对水热炭化处理产生的多孔活性炭载体进行喷雾包膜的多层流化床3、与多层流化床3连接且对喷雾包膜处理后的生物炭进行干燥处理的循环干燥箱4、控制各个电气元件正常运行的智能控制元件，其中，智能控制元件为PLC控制器，其型号为SIMATIC S7-300；如图2、3所示，控料破碎箱1内部且位于入料口10正下端处设有3个相互啮合以及通过电机驱动的破碎齿轮12，如图3、4所示，控料破碎箱1内壁左右两侧且位于破碎齿轮12下端对称设有通过转动头连接的连接件13，连接件13通过电动伸缩杆连接有侧壁设有4个研磨柱140的研磨齿头14，且上述转动头通过马达驱动，控料破碎箱1内且位于研磨齿头14下端水平设有研磨齿盘15，如图5所示，研磨齿盘15上设有与研磨柱140一一对应的研磨槽150，研磨齿盘15左右对称两侧设有滑动齿条151，控料破碎箱1内壁对应研磨齿盘15位置处的左右两侧设有与滑动齿条151滑动连接滑槽，且研磨齿盘15侧壁设有提拉把手152，通过将研磨齿盘15设置成抽屉式结构，方便更换和清洗，避免使用时间长后，造成研磨槽150堵塞或内部粉尘过大，既影响研磨破碎效果，又污染环境；控料破碎箱1内壁下端左右两侧分别通过转动件设有封闭盘16，每个封闭盘16上端设有4个与研磨槽150一一对应的封闭柱160，封闭盘16侧壁设有滑动槽161，封闭盘16底端设有电动伸缩杆，且电动伸缩杆上端通过滑块与滑动槽161滑动连接。
利用上述制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置制备生物炭，其方法主要包括以下步骤：
(1)取废弃植物基生物质烘干，然后通过入料口10添加至控料破碎箱1内，经破碎处理后，得到60目的生物质粉末备用；
(2)向步骤(1)所得的生物质粉末中加入磁性纳米铁和质量分数为35％的盐酸溶液，混合均匀后得到生物质混合液，其中，生物质粉末、磁性纳米铁和盐酸溶液的质量比为5:1:1，然后将上述生物质混合液置于热解炭化箱20中，并通过高温去离子水箱221向热解炭化箱20内通入230℃的去离子水进行水热处理，并通过加热器21加热升温，最后，向上述水热处理后的生物质混合液中加入0.1g浓度为2mol/L的活化剂，其中，活化剂为KOH，并在550℃的温度下混合处理7h后，用去离子水清洗、干燥后得到多孔活性炭载体，其中，生物质混合液与活化剂的质量比为6:0.1；
(3)按总质量分数100％计，取45％的甲基丙烯酸树脂、21％的聚丙烯酸酯、10.8％的丙二醇甲醚醋酸酯、3.2％的二硫化钼、20％的水分别放入搅拌容器中搅拌均匀，然后置于功率为750W，频率为35KHz的超声波发生器中，超声处理2h，得到包覆前驱液，将步骤(2)得到的多孔活性炭载体放入喷雾压力为0.45Mpa的多层流化床3内进行喷雾包膜，直至喷完包覆前驱液，其中，包覆前驱液与多孔活性炭载体的质量比为1:5，停止喷液后通过循环干燥箱4进行干燥，得到笼式生物炭吸附材料。
实施例4
本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于：
(1)入料口10处竖直设有控料盘17，所述控料盘17的尺寸大于入料口10的尺寸，且上端位于入料口10内，控料盘17侧壁沿周向均匀设有多个尺寸相等的控料槽170，控料盘17中心贯穿设有通过马达驱动的转动轴171，所述转动轴171与控料破碎箱1前后侧壁连接；通过控料盘17的旋转，使需要处理的废弃植物基生物质落入转动至入料口10上端的各个控料槽170内，当对应的控料槽170旋转至下端时废弃植物基生物质落至相互啮合的破碎齿轮12之间，然后进行后续破碎处理，通过上述方式添加物料，能够控制物料下落速率，使后续破碎充分，使制备的生物质粉末粒径均匀，满足使用要求，可靠性高。
(2)研磨齿盘15左右两侧对称设有滑动齿条151，控料破碎箱1内壁两侧且对应滑动齿条151位置处设有与滑动齿条151滑动连接的滑槽，且研磨齿盘15侧壁设有提拉把手152；通过将研磨齿盘15设置成抽屉式结构，方便更换和清洗，避免使用时间长后，造成研磨槽150堵塞或内部粉尘过大，既影响研磨破碎效果，又污染环境.
(3)热解炭化元件2包括与控料破碎箱1底端连接且内部设有保温内胆200以及外部设有保温外壳201的热解炭化箱20、设于所述保温内胆200与保温外壳201之间的加热器21、设于保温内胆200侧壁且表面均匀设有多个喷水口220的喷洒盘22、竖直设于控料破碎箱1内且底端通过转动轴连接有旋转电机230的搅拌桨叶23，热解炭化箱20底端设有排水电磁阀202，所述喷洒盘22通过连接管连接有高温去离子水箱221；通过热解炭化元件2将破碎齿轮12处理后的生物质粉末进行热解炭化处理，且在处理的过程中，通过搅拌桨叶23对加入热解炭化箱20内的高温去离子水进行搅拌，使其热解炭化充分，工作效率高。
(4)所述循环干燥箱4内设有加热装置40，循环干燥箱4底端连接有蒸汽发生器41，循环干燥箱4上端设有与蒸汽发生器41连接的气/固分离器42，且循环干燥箱4上设有温度传感器43和压力传感器44；通过将蒸汽发生器41产生的蒸汽循环利用，减少了额外蒸汽的引入，提高了系统的热效率，节约能耗。
(5)步骤(3)中对喷完包覆前驱液后的多孔活性炭载体采用对流传热的方式进行干燥，具体干燥过程为：S1:启动加热装置40对循环干燥箱4加热，直至温度升至70℃，然后取步骤(3)中喷完包覆前驱液的生物炭并放入循环干燥箱4中；S2：启动蒸汽发生器41并产生0.2Mpa的饱和蒸汽，启动抽风机将循环干燥箱4内的空气抽出，同时，并从循环干燥箱4的下端送入上述饱和蒸汽，直至温度升高至170℃，压力达到0.13Mpa；S3：在循环风机增压下，使步骤S2中干燥完成后的蒸汽从干燥容器中流出，经过气/固分离器42除尘，然后通过蒸汽发生器41重新进入循环干燥箱4内进行下一次干燥；通过使用饱和蒸汽对喷完包覆前驱液的生物炭进行对流干燥，饱和蒸汽的比热是空气比热的2倍，因此所需的干燥蒸汽用量少，且通过对使用后的蒸汽循环利用，减少了额外蒸汽的引入，提高了系统的热效率，节约能耗，有显著的经济效益和社会效益。
(6)步骤(2)中将生物质粉末、磁性纳米铁和质量分数为33％的盐酸溶液混合的具体过程为：将磁性纳米铁和质量分数为33％的盐酸溶液分别加至同一搅拌容器中，使用蠕动泵搅拌均匀，然后，利用喷雾喷粉机将生物质粉末喷入上述容器中，继续搅拌2.5h直至混匀即可，通过将生物质粉末以喷雾的方式加入，增加生物质粉末与上述两者混合物的混匀效果，避免生物质粉末因搅拌不到位发生结块，从而影响制备的生物炭吸附材料的性能。

Claims (9)

1.一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置，其特征在于，主要包括上端设有入料口(10)及底端设有出料口(11)且用于废弃植物基生物质破碎处理的控料破碎箱(1)、与所述控料破碎箱(1)底端连接且将破碎处理后的生物质进行水热炭化处理的热解炭化元件(2)、与所述热解炭化元件(2)连接且对水热炭化处理产生的多孔活性炭载体进行喷雾包膜的多层流化床(3)、与所述多层流化床(3)连接且对喷雾包膜处理后的生物炭进行干燥处理的循环干燥箱(4)、控制各个电气元件正常运行的智能控制元件；所述控料破碎箱(1)内部且位于入料口(10)正下端处设有多个相互啮合以及通过电机驱动的破碎齿轮(12)，控料破碎箱(1)内壁左右两侧且位于所述破碎齿轮(12)下端对称设有通过转动头连接的连接件(13)，所述连接件(13)通过电动伸缩杆连接有侧壁设有多个研磨柱(140)的研磨齿头(14)，且上述转动头通过马达驱动，控料破碎箱(1)内且位于所述研磨齿头(14)下端水平设有研磨齿盘(15)，所述研磨齿盘(15)上设有与研磨柱(140)一一对应的研磨槽(150)，控料破碎箱(1)内壁下端左右两侧分别通过转动件设有封闭盘(16)，每个所述封闭盘(16)上端设有多个与研磨槽(150)一一对应的封闭柱(160)，封闭盘(16)侧壁设有滑动槽(161)，封闭盘(16)底端设有电动伸缩杆，且电动伸缩杆上端通过滑块与所述滑动槽(161)滑动连接。
2.根据权利要求1所述的一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置，其特征在于，所述入料口(10)处竖直设有控料盘(17)，所述控料盘(17)的尺寸大于入料口(10)的尺寸，且上端位于入料口(10)内，控料盘(17)侧壁沿周向均匀设有多个尺寸相等的控料槽(170)，控料盘(17)中心贯穿设有通过马达驱动的转动轴(171)，所述转动轴(171)与控料破碎箱(1)前后侧壁连接。
3.根据权利要求1所述的一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置，其特征在于，所述研磨槽(150)与封闭柱(160)的半径相等，所述研磨柱(140)的半径小于研磨槽(150)与封闭柱(160)的半径。
4.根据权利要求1所述的一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置，其特征在于，所述研磨齿盘(15)左右两侧对称设有滑动齿条(151)，控料破碎箱(1)内壁两侧且对应滑动齿条(151)位置处设有与滑动齿条(151)滑动连接的滑槽，且研磨齿盘(15)侧壁设有提拉把手(152)。
5.根据权利要求1所述的一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置，其特征在于，所述热解炭化元件(2)包括与控料破碎箱(1)底端连接且内部设有保温内胆(200)以及外部设有保温外壳(201)的热解炭化箱(20)、设于所述保温内胆(200)与保温外壳(201)之间的加热器(21)、设于保温内胆(200)侧壁且表面均匀设有多个喷水口(220)的喷洒盘(22)、竖直设于控料破碎箱(1)内且底端通过转动轴连接有旋转电机(230)的搅拌桨叶(23)，热解炭化箱(20)底端设有排水电磁阀(202)，所述喷洒盘(22)通过连接管连接有高温去离子水箱(221)。
6.根据权利要求1所述的一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的装置，其特征在于，所述循环干燥箱(4)内设有加热装置(40)，循环干燥箱(4)底端连接有蒸汽发生器(41)，循环干燥箱(4)上端设有与蒸汽发生器(41)连接的气/固分离器(42)，且循环干燥箱(4)上设有温度传感器(43)和压力传感器(44)。
7.一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)取废弃植物基生物质烘干，然后通过入料口(10)添加至控料破碎箱(1)内，经破碎处理后，得到50-60目的生物质粉末备用；
(2)向步骤(1)所得的生物质粉末中加入磁性纳米铁和质量分数为30-35％的盐酸溶液，混合均匀后得到生物质混合液，其中，生物质粉末、磁性纳米铁和盐酸溶液的质量比为5:1:1，然后将上述生物质混合液置于热解炭化箱(20)中，并通过高温去离子水箱(221)向热解炭化箱(20)内通入220-230℃的去离子水进行水热处理，并通过加热器(21)加热升温，最后，向上述水热处理后的生物质混合液中加入浓度为1.5-2mol/L的活化剂，并在500-550℃的温度下混合处理6-7h后，用去离子水清洗、干燥后得到多孔活性炭载体,其中，生物质混合液与活化剂的质量比为6:0.1；
(3)按总质量分数100％计，取45-65％的甲基丙烯酸树脂、9-21％的聚丙烯酸酯、6-10.8％的丙二醇甲醚醋酸酯、2.5-3.2％的二硫化钼、余量为水，分别放入搅拌容器中搅拌均匀，然后置于功率为600-750W，频率为20-35KHz的超声波发生器中，超声处理1-2h，得到包覆前驱液，将步骤(2)得到的多孔活性炭载体放入喷雾压力为0.35-0.45Mpa的多层流化床(3)内进行喷雾包膜，直至喷完包覆前驱液，其中，包覆前驱液与多孔活性炭载体的质量比为1:5，停止喷液后通过循环干燥箱(4)进行干燥，得到笼式生物炭吸附材料。
8.根据权利要求7所述的一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述的活化剂为KOH、NaOH、ZnCl2、SnCl2其中的一种或几种，且生物质混合液和活化剂的水溶液的质量比为5:1。
9.根据权利要求7所述的一种制备多孔级活性生物炭吸附材料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中对喷完包覆前驱液后的多孔活性炭载体采用对流传热的方式进行干燥，具体干燥过程为：S1:启动加热装置(40)对循环干燥箱(4)加热，直至温度升至60-80℃，然后取步骤(3)中喷完包覆前驱液的生物炭并放入循环干燥箱(4)中；S2：启动蒸汽发生器(41)并产生0.2Mpa的饱和蒸汽，启动抽风机将循环干燥箱(4)内的空气抽出，同时，并从循环干燥箱(4)的下端送入上述饱和蒸汽，直至温度升高至150-180℃，压力达到0.13-0.14Mpa；S3：在循环风机增压下，使步骤S2中干燥完成后的蒸汽从干燥容器中流出，经过气/固分离器(42)除尘，然后通过蒸汽发生器(41)重新进入循环干燥箱(4)内进行下一次干燥。
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