CN111908444A - 一种显著增加生物炭价值的方法 - Google Patents

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张士成
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Abstract

本发明属于环境保护技术领域，具体为一种显著增加生物炭价值的方法。本发明以生物质（包括农业废弃物、林业废弃物、餐厨垃圾、藻类、污泥或畜禽粪便的任意一种或几种的混合物）为原料，以金属盐为改良剂，进行共热解反应，金属盐通过络合和催化交联，减少有机质释放，促进芳香化，提高生物炭的固碳效果，从而增加生物炭产率及价值。本发明方法，工艺简单、成本低廉、绿色环保，可以减少温室气体排放，具有巨大的环境效益、社会效益和经济效益，对生物质的资源化利用也具有积极意义。

Description

一种显著增加生物炭价值的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种显著增加生物炭价值的方法。
背景技术
生物炭是由生物质废弃物热解钝化产生的，它在土壤中的储存被认为是降低大气CO2浓度的一种有效途径。生物炭缓解气候变化的潜力主要来源于其稳定的本性，减少了光合作用固定的碳（C）返回大气中。此外，生物炭可以提高农业生产力，特别是在低肥力和退化的土壤中；可以减少径流中养分和农用化学品的损失；可以修复土壤中的污染物；可以抑制土壤中温室气体的排放。
然而，在生物炭制备过程中，仅有少量的碳元素保留在生物炭中，大量的碳元素会排放至大气中，这将极大的影响生物炭产率及经济效益。因此，通过简单有效的方法，提高生物炭制备过程中碳元素的保留能力，从而提高生物炭的产率，是本领域的重要研究方向。假如生物炭产率提高20%，生物炭按每吨1000元标准计算，那么每吨生物炭可增加200元收益，将会产生较大的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原料广泛、成本低廉、绿色环保的显著增加生物炭价值的方法。
本发明提供的显著增加生物炭价值的方法，具体步骤如下：
（1）将生物质粉末与金属盐改良剂混合，得到混合物，生物质粉末和金属改良剂的质量比为1:（0.001 ~ 10）；
（2）对混合物进行热解，控制热解温度为300 ~ 800 ℃，热解时间为0.1 ~ 10小时；
（3）步骤（2）中的反应结束后，冷却降温至室温，即得到生物炭产物。
本发明步骤（1）中，所述的生物质包括农业废弃物、林业废弃物、餐厨垃圾、藻类、污泥或畜禽粪便的任意一种或几种的混合物。
本发明步骤（1）中，所述金属盐改良剂为金属氯化物、金属磷酸盐、金属草酸盐金属硝酸盐或金属硫酸盐中一种或几种的混合物。
进一步，金属氯化物具体为FeCl3、MgCl2、CaCl2、KCl或NaCl中任一种或几种的混合物，金属磷酸盐为K2HPO4、Na2HPO4、CaHPO4、Mg3(PO4)2或FePO4中任一种或几种的混合物，金属草酸盐为MgC2O4、CaC2O4或FeC2O4中任一种或几种的混合物，金属硝酸盐为KNO3、NaNO3、Fe(NO3)3、Ca(NO3)2或Mg(NO3)2中任一种或几种的混合物，金属硫酸盐为Fe2(SO4)3、CaSO4、MgSO4或K2SO4或Na2SO4中任一种或几种的混合物。
本发明使用金属盐改良剂，通过共热解处理，大大提高了生物炭的产率，从而显著增加生物炭的价值。
本发明使用的金属盐改良剂，如钾盐、镁盐和铁盐等矿物质，广泛存在于生物质中，来源广泛，容易获取。在生物质热解过程中，金属离子可以与释放的有机质络合，发生催化交联反应，形成致密保护层，提高生物炭的碳保留率及产率。因此，选择合适的金属盐及使用量，可以使生物炭在500oC的产率（去灰分）达到23.5%~80.5%，提高了0~57%，有利于减少温室气体的排放，从而产生巨大的经济效益和环境效益。
本发明方法，工艺简单、成本低廉、绿色环保，具有巨大的环境效益、社会效益和经济效益，对生物质的资源化利用也具有积极意义。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明本发明，并不是对本发明的限定。
实施例1
将10 g木屑分别与15mmolFeCl3混匀，并将所得的混合物置于瓷舟内，放入管式炉中，在流速为0.1 L/min的N2气氛下以10 ℃ /min的升温速率升至500 ℃，并维持2小时，待反应结束后冷却至室温。将得到的生物炭称重，并称取0.1g生物炭在600℃、空气氛围下灼烧2h，分析其灰分含量。计算后，发现添加改良剂后，生物炭的产率（去灰分）提高了17.9%。
实施例2
将10 g木屑分别与15mmol MgCl2混匀，并将所得的混合物置于瓷舟内，放入管式炉中，在流速为0.1 L/min的N2气氛下以10 ℃ /min的升温速率升至500 ℃，并维持2小时，待反应结束后冷却至室温。将得到的生物炭称重，并称取0.1g生物炭在600℃、空气氛围下灼烧2h，分析其灰分含量。计算后，发现添加改良剂后，生物炭的产率（去灰分）提高了9.8%。
实施例3
将10 g木屑分别与15mmol CaCl2混匀，并将所得的混合物置于瓷舟内，放入管式炉中，在流速为0.1 L/min的N2气氛下以10 ℃ /min的升温速率升至500 ℃，并维持2小时，待反应结束后冷却至室温。将得到的生物炭称重，并称取0.1g生物炭在600℃、空气氛围下灼烧2h，分析其灰分含量。计算后，发现添加改良剂后，生物炭的产率（去灰分）提高了15.4%。
实施例4
将10 g玉米秸秆分别与15mmolFeCl3混匀，并将所得的混合物置于瓷舟内，放入管式炉中，在流速为0.1 L/min的N2气氛下以10℃ /min的升温速率升至500 ℃，并维持2小时，待反应结束后冷却至室温。将得到的生物炭称重，并称取0.1g生物炭在600℃、空气氛围下灼烧2h，分析其灰分含量。计算后，发现添加改良剂后，生物炭的产率（去灰分）提高了12.5%。
实施例5
将10 g螺旋藻分别与15mmolFeCl3混匀，并将所得的混合物置于瓷舟内，放入管式炉中，在流速为0.1 L/min的N2气氛下以10℃ /min的升温速率升至500 ℃，并维持2小时，待反应结束后冷却至室温。将得到的生物炭称重，并称取0.1g生物炭在600℃、空气氛围下灼烧2h，分析其灰分含量。计算后，发现添加改良剂后，生物炭的产率（去灰分）提高了12.4%。
实施例6
将10 g鸡粪分别与15mmolFeCl3混匀，并将所得的混合物置于瓷舟内，放入管式炉中，在流速为0.1 L/min的N2气氛下以10℃ /min的升温速率升至500 ℃，并维持2小时，待反应结束后冷却至室温。将得到的生物炭称重，并称取0.1g生物炭在600℃、空气氛围下灼烧2h，分析其灰分含量。计算后，发现添加改良剂后，生物炭的产率（去灰分）提高了11.5%。

Claims (4)

1.一种显著增加生物炭价值的方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）将生物质粉末与金属盐改良剂混合，得到混合物，生物质粉末和金属改良剂的质量比为1:（0.001 ~ 10）；
（2）对混合物进行热解，控制热解温度为300 ~ 800 ℃，热解时间为0.1 ~ 10小时；
（3）步骤（2）中的反应结束后，冷却降温至室温，即得到生物炭产物。
2.根据权利要求1所述的显著增加生物炭价值的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的生物质包括农业废弃物、林业废弃物、餐厨垃圾、藻类、污泥或畜禽粪便的任意一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的显著增加生物炭价值的方法，其特征在于，步骤（1）中所述金属盐改良剂为金属氯化物、金属磷酸盐、金属草酸盐金属硝酸盐或金属硫酸盐中一种或几种的混合物。
4.根据权利要求3所述的显著增加生物炭价值的方法，其特征在于，所述金属氯化物具体为FeCl3、MgCl2、CaCl2、KCl或NaCl中任一种或几种的混合物；所述金属磷酸盐为K2HPO4、Na2HPO4、CaHPO4、Mg3(PO4)2或FePO4中任一种或几种的混合物；所述金属草酸盐为MgC2O4、CaC2O4或FeC2O4中任一种或几种的混合物；所述金属硝酸盐为KNO3、NaNO3、Fe(NO3)3、Ca(NO3)2或Mg(NO3)2中任一种或几种的混合物；所述金属硫酸盐为Fe2(SO4)3、CaSO4、MgSO4或K2SO4或Na2SO4中任一种或几种的混合物。
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