CN115056455A - 一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，包括生态培育改造，纤维化改造及复合材料成型加工等三个步骤。本发明一方面可有效提高贫瘠沙漠化和盐碱化等污染性土地的产能和土地价值，同时有助于对贫瘠沙漠化和盐碱化等污染性土地的土壤土质改良；另一方面，在使复合材料具有优良可降解性能的同时，使其力学性能和延展性能得到了进一步的提升，同时与传统的全降解产品相比，极大降低了原材料成本及能耗；且生产过程的主要原料均采用生物质资源，从而实现了生产环节“减碳”及得到“负碳”产品的目的。

Description

一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，属环保技术领域。

背景技术

生物质是国际公认的零碳可再生资源，具有绿色、清洁等特点，其来源广泛，包括农林废弃物、城市有机垃圾、藻类生物质等，可应用于工业、农业、交通、生活等多个领域，发展潜力巨大。若将生物质取代传统石化产品进行资源化利用，将创造“负碳排放”效益，可为我国“双碳”战略的实施做出巨大贡献。然而，我国在减碳负碳生物质复合材料的研究及应用方面起步较晚，当前与之相关的复合材料制备与成型技术仍较为缺乏，大多研究停留在实验室阶段，难以形成可落地、可复制、可推广的工程技术及商业模式，产业化工作进展较为缓慢。此外，目前针对终端负碳/低碳产品的相关研究也较少，也缺少相应成熟的低碳/负碳产品开发、生产及制备工艺及装备。同时，当前使用的部分生物质原材料采用粮食，存在与民争粮、成本较高等问题，且其相关生产、加工和制造的工艺及设备存在能耗较高、碳排放量较大等问题，同时在关键利用环节的降本增效、高值化产品创制和应用以及全生产流程碳排放管控等方面还有明显的短板和提升空间。

针对上述问题，迫切地需要开发一种以低成本、来源广的农林废弃物为原料，通过先进加工工艺和设备制备出减碳负碳生物质复合材料的制备方法，以满足实际使用的需要和行业发展的需求。

发明内容

为了解决现有技术上的瓶颈和不足，本发明提供了一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法。

一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，生态培育改造，首先选取需改良土地，并在选取土地上种植培育能生产高性能、高产量植物纤维植株的固碳经济植被；

S2，纤维化改造，对S1步骤培育的经济植被进行定期采伐回收，并通过破碎、筛分、改性活化得到活化植物纤维，且活化植物纤维粒径为1000目以上，

S3，复合材料成型加工，对S2步骤得到的活化植物纤维与全降解材料进行共混，然后将共混后的物料添加到螺杆挤出造粒机中进行挤出作业，并在基础过程中，另为螺杆挤出造粒机配备多台侧喂料机，通过侧喂料机向活化植物纤维全降解材料的共混料中添加辅助料，同时为螺杆挤出造粒机同时设置造粒成型模具及吹膜成型机构，且在单次成型加工中仅选择颗粒成型模具及吹膜成型机构中的其中一个进行成型加工。

进一步的，所述的S1步骤中，需改良土地为沙漠化土地、盐碱土地、重金属污染土地及滩涂地；所述高性能、高产量植物纤维植株为桉树、杨树、松树、法国梧桐树、白蜡树、榆树、竹柳树、楸树、中华红叶杨树、大叶速生槐树、泡桐树、苎麻、黄麻、青麻、亚麻、罗布麻和槿麻中的任意一种或几种共同种植。

进一步的，所述S2步骤中进行破碎、筛分作业时，采用球磨机、破碎机进行加工作业，改性活化作业时采用酸处理、碱处理、热处理中的一种或几种共用。

进一步的，所述的S3步骤中，用于成型加工时的成型设备包括主承载机架、辅助承载机架、螺杆挤出机、承载龙骨、升降驱动机构、承接盘、收卷辊组、张力调节机构、造粒成型模具、吹膜成型机构及驱动电路，所述主承载机架、辅助承载机架均为横断面呈矩形的框架结构，所述主承载机架、辅助承载机架上端面均设一个螺杆挤出机，且螺杆挤出机轴线分别与其所连接的主承载机架、辅助承载机架轴线平行分布，且所述助承载机架位于主承载机架两侧，与主承载机架间呈30°—90°夹角，所述辅助承载机架上的螺杆挤出机均与主承载机架的螺杆挤出机连通，所述主承载机架前端面与承载龙骨连接，所述承载龙骨为轴向截面呈矩形的框架结构，包覆在主承载机架前端面外，且主承载机架和承载龙骨轴线垂直分布并相交，所述造粒成型模具、吹膜成型机构均嵌于承载龙骨内，并通过升降驱动机构与承载龙骨滑动连接，其中所述造粒成型模具位于主承载机架所连接螺杆挤出机轴线下方，吹膜成型机构位于主承载机架所连接螺杆挤出机轴线上方，所述承接盘嵌于承载龙骨内并位于造粒成型模具下方，所述收卷辊组嵌于承载龙骨上端面，并通过张力调节机构与承载龙骨铰接，且所述承接盘、收卷辊组中点均位于造粒成型模具、吹膜成型机构前端面前方至少10毫米处，所述驱动电路嵌于主承载机架上端面并分别与各螺杆挤出机、升降驱动机构、收卷辊组、张力调节机构、造粒成型模具、吹膜成型机构电气连接。

进一步的，所述的主承载机架侧表面设与其轴线平行分布的导向滑轨，所述辅助承载机架前端面通过滑块与导向滑轨滑动连接，且滑块与辅助承载机架前端面间通过铰链铰接。

进一步的，所述的主承载机架另通过导向滑轨与承载龙骨滑动连接。

进一步的，所述的张力调节机构包括恒转矩电动机、底板、摆臂、传动轴、光栅编码器及制动器，所述底板与承载龙骨连接，底板前端面另与恒转矩电动机及制动器连接，所述恒转矩电动机通过传动轴与摆臂连接，且传动轴另与制动器及光栅编码器连接，所述摆臂前端面与收卷辊组铰接，所述恒转矩电动机、光栅编码器及制动器均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的驱动电路为基于可编程控制器的电路系统，并设串口通讯电路。

本发明具有以下优势：

（1）在贫瘠沙漠化和盐碱化等污染性土地上引入高性能、高产量植株，实现土壤环境治理和植物高效固碳，并产出高性能植物纤维，可有效的提高贫瘠沙漠化和盐碱化等污染性土地的产能和土地价值，同时有助于对贫瘠沙漠化和盐碱化等污染性土地土壤土质改良；

（2）植物纤维与全降解材料的复合材料产品性能和材料质量满足国家相关标准，由于长纤维的加入，使产品的力学性能和延展性能得到了进一步的提升；

（3）植物纤维与全降解材料的复合材料产品采用价格相对较低的植物纤维部分替代全降解材料，极大降低了原材料成本，与市场现售全降解制品相比，生产成本端降低明显；

（4）本项目生产过程所采用的生物质资源，可以实现产业“减碳”并生产“负碳”产品，助力国家“双碳”目标的实现。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明方法流程示意图；

图2为成型设备整体俯视结构示意图；

图3为主承载机架与承载龙骨侧视连接结构示意图；

图4为张力调节机构结构示意图。

图中各标号：主承载机架1、辅助承载机架2、螺杆挤出机3、承载龙骨4、升降驱动机构5、承接盘6、收卷辊组7、张力调节机构8、造粒成型模具9、吹膜成型机构10、驱动电路11、导向滑轨12、滑块13、恒转矩电动机81、底板82、摆臂83、传动轴84、光栅编码器85、制动器86。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，生态培育改造，首先选取需改良土地，并在选取土地上种植培育能生产高性能、高产量植物纤维植株的固碳经济植被；

S2，纤维化改造，对S1步骤培育的经济植被进行定期采伐回收，并通过破碎、筛分、改性活化得到活化植物纤维，且活化植物纤维粒径为1000目以上，

S3，复合材料成型加工，对S2步骤得到的活化植物纤维与全降解材料进行共混，然后将共混后的物料添加到螺杆挤出造粒机中进行挤出作业，并在基础过程中，另为螺杆挤出造粒机配备多台侧喂料机，通过侧喂料机向活化植物纤维全降解材料的共混料中添加辅助料，同时为螺杆挤出造粒机同时设置造粒成型模具及吹膜成型机构10，且在单次成型加工中仅选择颗粒成型模具及吹膜成型机构10中的其中一个进行成型加工。

本实施例中，所述的S1步骤中，需改良土地为沙漠化土地、盐碱土地、重金属污染土地及滩涂地；所述高性能、高产量植物纤维植株为桉树、杨树、松树、法国梧桐树、白蜡树、榆树、竹柳树、楸树、中华红叶杨树、大叶速生槐树、泡桐树、苎麻、黄麻、青麻、亚麻、罗布麻和槿麻中的任意一种或几种共同种植。

同时，所述S2步骤中进行破碎、筛分作业时，采用球磨机、破碎机进行加工作业，改性活化作业时采用酸处理、碱处理、热处理中的一种或几种共用。

如图2—图4所示，重点说明的，所述的S3步骤中，用于成型加工时的成型设备包括主承载机架1、辅助承载机架2、螺杆挤出机3、承载龙骨4、升降驱动机构5、承接盘6、收卷辊组7、张力调节机构8、造粒成型模具9、吹膜成型机构10及驱动电路11，所述主承载机架1、辅助承载机架2均为横断面呈矩形的框架结构，所述主承载机架1、辅助承载机架2上端面均设一个螺杆挤出机3，且螺杆挤出机3轴线分别与其所连接的主承载机架1、辅助承载机架2轴线平行分布，且所述助承载机架2位于主承载机架1两侧，与主承载机架1间呈30°—90°夹角，所述辅助承载机架2上的螺杆挤出机3均与主承载机架1的螺杆挤出机3连通，所述主承载机架1前端面与承载龙骨4连接，所述承载龙骨4为轴向截面呈矩形的框架结构，包覆在主承载机架1前端面外，且主承载机架1和承载龙骨4轴线垂直分布并相交，所述造粒成型模具9、吹膜成型机构10均嵌于承载龙骨4内，并通过升降驱动机构5与承载龙骨4滑动连接，其中所述造粒成型模具9位于主承载机架1所连接螺杆挤出机3轴线下方，吹膜成型机构10位于主承载机架1所连接螺杆挤出机3轴线上方，所述承接盘6嵌于承载龙骨4内并位于造粒成型模具9下方，所述收卷辊组7嵌于承载龙骨4上端面，并通过张力调节机构8与承载龙骨4铰接，且所述承接盘6、收卷辊组7中点均位于造粒成型模具9、吹膜成型机构10前端面前方至少10毫米处，所述驱动电路11嵌于主承载机架1上端面并分别与各螺杆挤出机3、升降驱动机构5、收卷辊组7、张力调节机构8、造粒成型模具9、吹膜成型机构10电气连接。

同时，所述的主承载机架1侧表面设与其轴线平行分布的导向滑轨12，所述辅助承载机架2前端面通过滑块13与导向滑轨12滑动连接，且滑块13与辅助承载机架2前端面间通过铰链铰接。

进一步优化的，所述的主承载机架1另通过导向滑轨12与承载龙骨4滑动连接。

此外，所述的张力调节机构8包括恒转矩电动机81、底板82、摆臂83、传动轴84、光栅编码器85及制动器86，所述底板82与承载龙骨4连接，底板82前端面另与恒转矩电动机81及制动器86连接，所述恒转矩电动机81通过传动轴84与摆臂83连接，且传动轴84另与制动器86及光栅编码器85连接，所述摆臂83前端面与收卷辊组7铰接，所述恒转矩电动机81、光栅编码器85及制动器86均与驱动电路11电气连接。

本实施例中，所述的驱动电路11为基于可编程控制器的电路系统，并设串口通讯电路。

本发明具有以下优势：

（1）在贫瘠沙漠化和盐碱化等污染性土地上引入高性能、高产量植株，实现土壤环境治理和植物高效固碳，并产出高性能植物纤维，可有效的提高贫瘠沙漠化和盐碱化等污染性土地的产能和土地价值，同时有助于对贫瘠沙漠化和盐碱化等污染性土地土壤土质改良；

（2）植物纤维与全降解材料的复合材料产品性能和材料质量满足国家相关标准，由于长纤维的加入，使产品的力学性能和延展性能得到了进一步的提升；（3）植物纤维与全降解材料的复合材料产品采用价格相对较低的植物纤维部分替代全降解产品，极大降低了原材料成本，与市场现售全降解制品相比，生产成本端降低明显；

（4）本项目生产过程所采用的生物质资源，可以实现产业“减碳”并生产“负碳”产品，助力国家“双碳”目标的实现。

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)

1.一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，其特征在于：所述的减碳负碳生物质复合材料的制备方法包括如下步骤：

S1，生态培育改造，首先选取需改良土地，并在选取土地上种植培育能生产高性能、高产量植物纤维植株为基础的固碳经济植被；

S2，纤维化改造，对S1步骤培育的经济植被进行定期采伐回收，并通过破碎、筛分、改性活化得到活化植物纤维，且活化植物纤维粒径为1000目以上；

S3，复合材料成型加工，对S2步骤得到的活化植物纤维与全降解材料进行共混，然后将共混后的物料添加到螺杆挤出造粒机中进行挤出作业，并在挤出过程中，另为螺杆挤出造粒机配备多台侧喂料机，通过侧喂料机向活化植物纤维全降解材料的共混料中添加辅助料，同时为螺杆挤出造粒机设置造粒成型模具（9）及吹膜成型机构（10），且在单次成型加工中仅选择颗粒成型模具及吹膜成型机构（10）中的其中一个进行成型加工。

2.根据权利要求1所述的一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，其特征在于：所述S2步骤中进行破碎、筛分作业时，采用球磨机、破碎机进行加工作业，改性活化作业时采用酸处理、碱处理、热处理中的一种或几种共用。

3.根据权利要求1所述的一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，其特征在于：所述的S3步骤中，用于成型加工时的成型设备包括主承载机架（1）、辅助承载机架（2）、螺杆挤出机（3）、承载龙骨（4）、升降驱动机构（5）、承接盘（6）、收卷辊组（7）、张力调节机构（8）、造粒成型模具（9）、吹膜成型机构（10）及驱动电路（11），所述主承载机架（1）、辅助承载机架（2）均为横断面呈矩形的框架结构，所述主承载机架（1）、辅助承载机架（2）上端面均设一个螺杆挤出机（3），且螺杆挤出机（3）轴线分别与其所连接的主承载机架（1）、辅助承载机架（2）轴线平行分布，且所述助承载机架位于主承载机架（1）两侧，与主承载机架（1）间呈30°—90°夹角，所述辅助承载机架（2）上的螺杆挤出机（3）均与主承载机架（1）的螺杆挤出机（3）连通，所述主承载机架（1）前端面与承载龙骨（4）连接，所述承载龙骨（4）为轴向截面呈矩形的框架结构，包覆在主承载机架（1）前端面外，且主承载机架（1）和承载龙骨（4）轴线垂直分布并相交，所述造粒成型模具（9）、吹膜成型机构（10）均嵌于承载龙骨（4）内，并通过升降驱动机构（5）与承载龙骨（4）滑动连接，其中所述造粒成型模具（9）位于主承载机架（1）所连接螺杆挤出机（3）轴线下方，吹膜成型机构（10）位于主承载机架（1）所连接螺杆挤出机（3）轴线上方，所述承接盘（6）嵌于承载龙骨（4）内并位于造粒成型模具（9）下方，所述收卷辊组（7）嵌于承载龙骨（4）上端面，并通过张力调节机构（8）与承载龙骨（4）铰接，且所述承接盘（6）、收卷辊组（7）中点均位于造粒成型模具（9）、吹膜成型机构（10）前端面前方至少10毫米处，所述驱动电路（11）嵌于主承载机架（1）上端面并分别与各螺杆挤出机（3）、升降驱动机构（5）、收卷辊组（7）、张力调节机构（8）、造粒成型模具（9）、吹膜成型机构（10）电气连接。

4.根据权利要求3所述的一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，其特征在于：所述的主承载机架（1）侧表面设有与其轴线平行分布的导向滑轨（12），所述辅助承载机架（2）前端面通过滑块（13）与导向滑轨（12）滑动连接，且滑块（13）与辅助承载机架（2）前端面间通过铰链铰接。

5.根据权利要求4所述的一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，其特征在于：所述的主承载机架（1）另通过导向滑轨（12）与承载龙骨（4）滑动连接。

6.根据权利要求3所述的一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，其特征在于：所述的张力调节机构（8）包括恒转矩电动机（81）、底板（82）、摆臂（83）、传动轴（84）、光栅编码器（85）及制动器（86），所述底板（82）与承载龙骨（4）连接，底板（82）前端面另与恒转矩电动机（81）及制动器（86）连接，所述恒转矩电动机（81）通过传动轴（84）与摆臂（83）连接，且传动轴（84）另与制动器（86）及光栅编码器（85）连接，所述摆臂（83）前端面与收卷辊组（7）铰接，所述恒转矩电动机（81）、光栅编码器（85）及制动器（86）均与驱动电路（11）电气连接。

7.根据权利要求3所述的一种减碳负碳生物质复合材料的制备方法，其特征在于：所述的驱动电路（11）为基于可编程控制器的电路系统，并设串口通讯电路。

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