CN115057440A - 一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺，具体包括以下步骤，配料：将预先破碎的生物质材料投入底座；酸化处理：向反应釜本体中加入去离子水和盐酸溶液浸泡生物质材料并进行均匀搅拌后，得混合液A备用；促进抑制：在向混合物A中加入微生物菌液并再次均匀搅拌后，得到混合液B备用；热化学处理；降温：得到生物炭。本发明中通过预先对生物质材料进行酸化处理，使得酸类物质发生互溶聚集，然后再联合微生物菌液，促进物质多键断裂分解，使得后续炭化时，碳酸盐类物质析出相对较少；增添活性基团和生物质催化剂的掺杂可以提高炭化过程的完全反应，减少炭化时碳酸盐类物质的生成，提高生物炭的稳定性及转化率。
Description
技术领域
本发明涉及颗粒微生物炭制备技术领域，具体为一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭 的高效工艺及设备。
背景技术
颗粒微生物炭是由含炭为主的物质作为原料经炭化、活化制备的一种吸附剂，其主要 特点是：微孔结构发达，比表面积大，丰富的表面化学基团，吸附容量大，较强的选择性 吸附能力，优异的再生性能，被广泛地应用于高浓度有机废水处理和空气净化处理领域。
在制备颗粒微生物炭的过程中，进而在向反应釜中投入生物质材料时，传统的制备方 法中，是直接在反应釜内部对生物材料均匀搅拌后，直接进行炭化固化，使得在炭化的过 程中，伴随有碳酸盐类物质的生成，同时炭化转化率较低，并且传统的反应釜设备，搅拌 效果一般，同时在对生物质进行酸化的过程中，生物质材料溶解速率慢，造成生物质颗粒 聚集在反应釜底部，并且生物质材料进行炭化转化过程之前，反应釜内壁上，粘接大量的 生物质材料，使得生物质材料进行炭化转化的效率大大降低，为此，提出一种采用炭基微 生物制备颗粒生物炭的高效工艺及设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺及设备，以解 决上述背景技术中提出的传统的反应釜设备，搅拌效果差，同时在对生物质进行酸化的过 程中，生物质材料溶解速率慢，造成生物质颗粒聚集在反应釜底部，并且生物质材料进行 炭化转化过程之前，反应釜内壁上，粘接大量的生物质材料，使得生物质材料进行炭化转 化的效率大大降低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的 高效工艺，具体包括以下步骤：
S1、配料：将预先破碎的生物质材料投入反应釜本体；
S2、酸化处理：向反应釜本体中加入去离子水和盐酸溶液浸泡生物质材料并进行均匀 搅拌后，得混合液A备用；
S3、促进抑制：在向混合物A中加入微生物菌液并再次均匀搅拌后，得到混合液B备用；
S4、热化学处理：加热反应釜本体，待升高到一定温度和压力时，将生物质质量1～5％ 的含活性基团的活性剂和生物质质量为1～10％的催化剂投入到底座内部的混合液B中， 对生物质材料的混合液B进行固溶炭化；
S5、降温：炭化转化完成后，冷却至40℃以下，得到生物炭。
优选的，所述步骤S1中盐酸溶液的质量分数为25％，所述步骤S1和步骤S2中搅拌转速为100-200r/min，搅拌时间为10-30min。
优选的，所述微生物菌液中的菌株是由假单胞菌和鞘氨醇单胞菌作为亲本采用原生质 体融合技术得到的融合菌株F14。
优选的，所述活性基团包括羧基、羟基、羰基和甲氧基中的一种或多种，所述催化剂 为钾盐、钙盐、过渡金属盐和金属氧化物等。
一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效设备，应用于一种采用炭基微生物制备颗 粒生物炭的高效工艺中，包括底座和反应釜本体，所述反应釜本体的底部嵌入底座的内部 且反应釜本体的两侧均固定连接有固定轴，所述反应釜本体通过固定轴与底座转动连接；
所述底座的一侧设置有驱动机构，所述驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机的输出 端固定连接有第二往复丝杆，所述第二往复丝杆的顶部固定设置有驱动齿轮，所述第二往 复丝杆上外侧活动套设有第二轴承座，所述第二轴承座与驱动电机通过滚珠螺母副连接， 所述驱动齿轮一侧设置有连接板，所述连接板两端分别与反应釜本体和第二轴承座转动连 接；
所述反应釜本体内部固定设置有驱动轴，所述驱动轴上位于反应釜本体的内部安装有 搅拌机构，所述驱动轴顶部贯穿密封盖与密封盖转动连接，所述驱动轴的顶部固定设置有 第一往复丝杆，所述第一往复丝杆上安装有传动机构，所述传动机构包括第一轴承座，所 述第一轴承座活动套设在第一往复丝杆上，所述第一轴承座和第一往复丝杆通过滚珠螺母 副连接，所述第一轴承座的底部设置有从动齿轮，所述从动齿轮固定连接在第一往复丝杆 上并与驱动齿轮啮合连接。
优选的，所述底座上开设有出料槽，所述反应釜本体上对应出料槽的位置处固定设置 有出料口且出料口嵌入出料槽内部。
优选的，所述搅拌机构包括活动座，所述活动座的底部设置有刮料器，所述活动座和 刮料器均活动套接在驱动轴上，所述刮料器包括刮料卡环、固定卡环和滑动卡环，所述滑 动卡环固定连接在固定卡环的一侧且滑动卡环嵌设在刮料卡环内部并与刮料卡环滑动连 接，所述活动座外侧等距均匀的设置有多个搅拌组件且搅拌组件为倾斜设置，所述搅拌组 件包括定位轴和活动管，所述定位轴两端分别延伸至活动座和固定卡环一侧并分别与活动 座和固定卡环固定连接，所述活动管转动连接在定位轴上，所述刮料器的底部设置有刮料 叶轮，所述刮料叶轮嵌设在反应釜本体的内部底端，所述刮料叶轮与第一往复丝杆固定连 接。
优选的，所述第一轴承座的外侧等距均匀的设置有多个刮料组件，所述刮料组件包括 连接杆，所述连接杆底部固定连接有连接柱，所述连接柱底部贯穿密封盖并延伸至反应釜 本体的内部与刮料卡环顶部固定连接。
优选的，所述驱动齿轮的底部设置有定位座，所述定位座与第二往复丝杆转动连接， 所述定位座底部通过两个支撑柱与底座固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中预先对生物质材料进行酸化，然后添加生物菌液，通过预先对生物质材 料进行酸化处理，先使酸类物质发生互溶聚集，然后再配合微生物菌液，促进反应加快的 效果，同时对生物质量固溶炭化也起到了一定的促进效果，提高生物炭转化率，使得后续 炭化时，而微生物菌液也可以有效抑制副反应的进行，使得碳酸盐类物质析出相对较少， 减少炭化时碳酸盐类物质的生成，同时在炭化固化的过程中，增添活性基团和生物质催化 剂的掺杂可以提高炭化过程的完全反应，减少炭化时碳酸盐类物质的生成，提高生物炭的 稳定性及转化率；
2、本发明中第二往复丝杆通过驱动电机带动进行转动时，造成第二轴承座在第二往 复丝杆上发生往复的上下运动，从而第二轴承座通过连接板以及配合固定轴使得反应釜本 体在底座的上方发生晃动，进而使得在实际使用反应釜本体的过程中，即对反应釜本体中 生物质材料进行搅拌时，反应釜本体的晃动，同时配合驱动轴上安装的搅拌机构，可以提 高生物质材料在反应釜本体内部均匀混合，在反应釜本体的内部分布均匀，使得在制备到 混合物A时，提高的生物质材料在酸化过程中的反应速率；
3、本发明中由于搅拌组件相对于驱动轴是倾斜设置的，且搅拌组件中的定位轴的两 端分别与活动座和固定卡环固定连接，从而当驱动轴带动活动座旋转时，也会使得多个搅 拌组件在反应釜本体内部沿着驱动轴的轴线进行旋转，而由于搅拌组件中的活动管与定位 轴活动套接，并且活动管上设置有多个叶片，从而驱动轴会同步带动搅拌组件进行旋转， 而搅拌组件在旋转的过程中，对反应釜本体内部的生物质材料混合液进行均匀地搅拌，有 利于后续生物质材料反应得更加充分；
4、本发明中在向反应釜本体中增添盐酸溶液以及后续添加的微生物菌液、含活性基 团的活性剂和催化剂时，此时反应釜本体的内部会形成混合液，混合液中的流动体，当驱 动轴带动活动座和搅拌组件发生转动时，会与搅拌组件中的活动管产生的反作用力，作用 力会直接会作用在活动管上的叶片处，从而通过叶片对活动管形成推动力，即使得多个叶 片带动活动管421沿着旋转的轴线进行自转，从而形成对含有生物材料的混合液进行均匀 地搅拌，从而通过活动管和活动管上的叶片，配合搅拌组件整体以及固定轴和驱动机构的 配合使用，进一步提高对反应釜本体内部生物质混合液的混合效果；
5、本发明中在驱动轴带动搅拌组件对生物质材料的混合液进行均匀混合的时候，驱 动轴与第一往复丝杆同步的发生转动，而在第一往复丝杆上设置的第一轴承座也是通过滚 珠螺母与第一往复丝杆连接的，进而第一往复丝杆转动也很会带动第一轴承座发生往复的 上下运动，而第一轴承座外侧设置的多个刮料组件，刮料组件中的连接杆一端是与第一轴 承座固定连接的，连接杆另一端固定连接的连接柱是贯穿密封盖延伸至反应釜本体的内部 与刮料卡环顶部固定连接，进而在通过驱动轴和搅拌组件对反应釜本体内部进行均匀混合 的过程中，第一往复丝杆转动会通过第一轴承座和多个刮料组件同步的带动刮料卡环上移， 刮料卡环与固定卡环之间是通过滑动卡环连接的，进而刮料卡环上移，会通过滑动卡环带 动固定卡环上移，且不影响固定卡环和刮料卡环之间发生相对转动，即第一往复丝杆转动 通过第一轴承座带动第一轴承座、连接杆、刮料卡环、和固定卡环同步的发生往复的上下 移动，即可通过刮料卡环和固定卡环对反应釜本体的内壁形成刮蹭，将反应釜本体内壁上 粘接大量的生物质材料；
6、本发明中由于反应釜本体内壁上刮蹭落下的生物质材料会落在刮料卡环上，避免 生物质材料直接落入反应釜本体的底部，同时在通过刮料卡环的带动下，在反应釜本体内 部的溶液中上下运动，可以直至生物质材料完全溶解至符合预设固定卡环的滤径大小，即 当前生物质材料是符合后续的炭化固化步骤的使用要求的，一方面提高了生物质材料进行 炭化转化的效率，即为生物质材料在炭化固化过中的利用率，另一方面通过刮料卡环的往 复的上下移动，即通过刮料卡环往复的对反应釜本体的内壁形成刮料，从而可以避免后续 对反应釜本体的内部的清洗；
7、本发明中由于在驱动轴的底部设置有刮料叶轮，刮料叶轮的下端是贴合反应釜本 体的底端内部设置的，进而当驱动轴转动的同时，也会带动刮料叶轮转动，即通过刮料叶 轮在反应釜本体的顶部形成搅拌，并且也可通过刮料叶轮对反应釜本体的底部进行刮料， 避免底部充分混合反应后的生物质溶液在反应釜本体的底部发生沉淀。
附图说明
图1为本发明的整体结构视图；
图2为本发明整体后视结构示意图；
图3为本发明的整体的剖视图；
图4为本发明的整体的部分结构的爆炸图；
图5为本发明的31、驱动轴和刮料叶轮的连接结构仰视图；
图6为本发明中图4的局部结构放大图；
图7为本发明中图3的局部结构放大图。
图中：
1、底座；11、固定轴；12、出料槽；
2、反应釜本体；21、出料口；22、密封盖；
3、驱动轴；31、第一往复丝杆；32、限位条块；
4、搅拌机构；41、活动座；42、搅拌组件；421、活动管；422、定位轴；43、刮料 器；431、刮料卡环；432、固定卡环；433、滑动卡环；44、刮料叶轮；
5、驱动机构；51、驱动电机；52、第二往复丝杆；53、驱动齿轮；54、第二轴承座； 55、定位座；
6、传动机构；61、第一轴承座；62、连接杆；63、连接柱；64、从动齿轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明的生物质原料包括草本、木本类生物质原料，如农作物秸秆、菌糠或绿化垃圾 等，其中我国生产菌糠总量约900万吨，其主要基质是锯木屑、稻草、玉米芯、甘蔗渣、 棉籽壳等多种农业秸秆及酒糟、醋糟等。
在制备颗粒微生物炭的过程中，需要预先将生物质材料进行破碎，形成颗粒状的原料， 以便在制备过程中，提高制备以及生物质材料的反应速率和反应效果，初步地向反应釜中 投入生物质材料，先后经过酸化处理、促进抑制、热化学处理和降温，酸化阶段是对底座 1中的生物质材料进行酸化处理，即得到酸化后的混合液A，促进抑制阶段是向混合液A 中添入微生物菌液，促进反应加快的效果，同时对生物质量固溶炭化也起到了一定的促进 效果，提高生物炭转化率，由于在生物炭的炭化转化的形成过程中，有大量的结晶纤维素 和无定形碳炭、碳酸盐类物质形成，通过预先对生物质材料进行酸化处理，碳酸盐类物质 析出相对较少，使得酸类物质发生互溶聚集，然后再配合微生物菌液，可以促进物质多键 断裂分解，从而微生物菌液间接起到有效抑制副反应的进行，使得碳酸盐类物质析出相对 较少，减少炭化时碳酸盐类物质的生成，同时活性基团和生物质催化剂的掺杂可以提高炭 化过程的完全反应，减少炭化时碳酸盐类物质的生成，提高生物炭的稳定性。
炭化转化步骤是生物质炭化的主要阶段，由于之前的酸化和促进抑制已造成部分纤维 素的多键断裂分解，进而在炭化转化的过程中，半纤维素和纤维素通过活性基团和生物质 催化剂发生剧烈的反应而发生热分解，产生大量的挥发成分，放出大量反应热，剩余固态 产物即为“初步生物炭”；
生物质炭化的结尾阶段，利用炭化阶段放出的大量热，排除残留在木炭中的挥发性物 质，提高生物质原料中固定炭含量，获得最终的生物炭。
微生物菌液中的菌株是由假单胞菌和鞘氨醇单胞菌作为亲本采用原生质体融合技术 得到的融合菌株F14，接种量为20％。本发明中对菌株的种类没有特别的限定，其他菌株 同样可以采用本方法固定化。
在炭化的过程中，开始预热并增压反应釜本体2，达到一定的温度和压力下，配合催 化剂起作用，使生物质大分子键发生断裂，变成小分子，小分子键继续断裂，在生物质断键过程中附产部分焦油和可燃气CO、CH4等组分，投入活性剂，使得上述溢出的挥发性 组分同时固溶在炭上，可抑制这些副反应发生，大大提高生物炭的转化率。
可以在不同的温度、不同的压力下，使用不同的催化剂，获得不同的生物炭产品。
催化剂为钾盐、钙盐、过渡金属盐、金属氧化物等。
活性基团包括羧基、羟基、羰基和甲氧基中的任一种，羧基为活性剂含量的10-25％， 羟基为活性剂含量的4-10％，所述羰基为活性剂含量的13-25％，所述甲氧基为活性剂含量 的5-15％。
在进行炭化固化的过程中，反应釜的温度范围为200℃-600℃，压力范围为 1MPa-10.0MPa
实施例1：
一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺，具体包括以下步骤：
S1、配料：将预先破碎的生物质材料投入反应釜本体2；
S2、酸化处理：向反应釜本体2中加入去离子水和质量分数为25％的盐酸溶液，浸泡 生物质材料并采用100r/min的搅拌速度，搅拌时间为10min均匀搅拌后，得混合液A备用；
S3、促进抑制：在向混合物A中加入微生物菌液并再次均匀搅拌后，得到混合液B备用；
S4、热化学处理：加热反应釜本体2，待升高到200℃，压力范围为1MPa-3.0MPa， 将生物质质量2％的含活性基团的活性剂和生物质质量3％的催化剂投入到底座1内部的混合液B中，对生物质材料的混合液B进行固溶炭化；
S5、降温：炭化转化完成后，冷却至40℃以下，得到生物炭。
实施例2：
一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺，具体包括以下步骤：
S1配料：将预先破碎的生物质材料投入反应釜本体2；
S2、酸化处理：向反应釜本体2中加入去离子水和质量分数为25％的盐酸溶液，浸泡 生物质材料并采用150r/min的搅拌速度，搅拌时间为20min均匀搅拌后，得混合液A备用；
S3、促进抑制：在向混合物A中加入微生物菌液并再次均匀搅拌后，得到混合液B备用；
S4、炭化转化：加热反应釜本体2，待升高到400℃，压力范围为3MPa-7.0MPa，将 生物质质量3％的含活性基团的活性剂和生物质质量5％的催化剂投入到底座1内部的混合液B中，对生物质材料的混合液B进行固溶炭化；
S5、降温：炭化转化完成后，冷却至40℃以下，得到生物炭。
实施例3：
一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺，具体包括以下步骤：
S1、配料：将预先破碎的生物质材料投入反应釜本体2；
S2、酸化处理：向反应釜本体2中加入去离子水和质量分数为25％的盐酸溶液，浸泡 生物质材料并采用200r/min的搅拌速度，搅拌时间为30min均匀搅拌后，得混合液A备用；
S3、促进抑制：在向混合物A中加入微生物菌液并再次均匀搅拌后，得到混合液B备用；
S4、炭化转化：加热反应釜本体2，待升高到500℃，压力范围为5MPa-.80MPa，将 生物质质量4％的含活性基团的活性剂和生物质质量6％的催化剂投入到底座1内部的混合液B中，对生物质材料的混合液B进行固溶炭化；
S5、降温：炭化转化完成后，冷却至40℃以下，得到生物炭。
实施例4：
一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺，具体包括以下步骤：
S1配料：将预先破碎的生物质材料投入反应釜本体2；
S2、酸化处理：向反应釜本体2中加入去离子水和质量分数为25％的盐酸溶液，浸泡 生物质材料并采用200r/min的搅拌速度，搅拌时间为30min均匀搅拌后，得混合液A备用；
S3、促进抑制：在向混合物A中加入微生物菌液并再次均匀搅拌后，得到混合液B备用；
S4、炭化转化：加热反应釜本体2，待升高到600℃，压力范围为8MPa-10.0MPa， 将生物质质量5％的含活性基团的活性剂和生物质质量10％的催化剂投入到底座1内部的 混合液B中，对生物质材料的混合液B进行固溶炭化；
S5、降温：炭化转化完成后，冷却至40℃以下，得到生物炭。
分别根据上述实施例1-4，制备颗粒微生物炭的实验效果如下：
由上述实验数据可知，本发明中预先对生物质材料进行酸化，在后在添加生物菌液， 通过预先对生物质材料进行酸化处理，碳酸盐类物质析出相对较少，使得酸类物质发生互 溶聚集，然后再配合微生物菌液，可以促进物质多键断裂分解，使得后续炭化时，碳酸盐 类物质析出相对较少，同时在炭化固化的过程中，增添活性基团和生物质催化剂的掺杂可 以提高炭化过程的完全反应，减少炭化时碳酸盐类物质的生成，提高生物炭的稳定性，提 高生物炭转化率。
请参阅图1至图7，本发明提供一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效设备的技 术方案：
一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效设备，包括底座1和反应釜本体2，所述 反应釜本体2的底部嵌入底座1的内部且反应釜本体2的两侧均固定连接有固定轴11，所述反应釜本体2通过固定轴11与底座1转动连接；
所述底座1的一侧设置有驱动机构5，所述驱动机构5包括驱动电机51，所述驱动电机51的输出端固定连接有第二往复丝杆52，所述第二往复丝杆52的顶部固定设置有驱动齿轮53，所第二往复丝杆52上外侧活动套设有第二轴承座54，所述第二轴承座54与驱 动电机51通过滚珠螺母副连接，所述驱动齿轮53一侧设置有连接板，所述连接板两端分 别与反应釜本体2和第二轴承座54转动连接；
所述反应釜本体2内部固定设置有驱动轴3，所述驱动轴3上位于反应釜本体2的内部安装有搅拌机构4，所述驱动轴3顶部贯穿密封盖22与密封盖22转动连接，所述驱动 轴3的顶部固定设置有第一往复丝杆31，所述第一往复丝杆31上安装有传动机构6，所 述传动机构6包括第一轴承座61，所述第一轴承座61活动套设在第一往复丝杆31上，所 述第一轴承座61和第一往复丝杆31通过滚珠螺母副连接，所述第一轴承座61的底部设 置有从动齿轮64，所述从动齿轮64固定连接在第一往复丝杆31上并与驱动齿轮53啮合 连。
作为本发明的一种实施例，如图1和图5所示，所述底座1上开设有出料槽12，所述反应釜本体2上对应出料槽12的位置处固定设置有出料口21且出料口21嵌入出料槽12 内部。
工作时，通过将反应釜本体2的底部嵌入底座1的内部，并且反应釜本体2底部的两端分别固定连接有固定轴11，同时反应釜本体2通过固定轴11与底座1转动连接，在底 座1的上方位于反应釜本体2的一侧设置有驱动机构5，驱动机构5中的第二往复丝杆52 通过驱动齿轮53与传动机构6中地从动齿轮64啮合连接，形成驱动机构5和传动机构6 的联动反应，而传动机构6中地从动齿轮64是与第一往复丝杆31固定连接的，第一往复 丝杆31的底部固定连接有驱动轴3，驱动轴3是通过密封盖22设置在反应釜本体2的内 部并且反应釜本体2上固定安装有搅拌机构4，进而驱动机构5、传动机构6、驱动轴3和 搅拌机构4之间均为联动关系。
本发明中驱动机构5包括驱动电机51，驱动电机51的输出端与第二往复丝杆52固定 连接，进而驱动电机51带动第二往复丝杆52进行转动，由于在反应釜本体2的一侧设置的第二轴承座54与第二往复丝杆52的特殊连接关系，且第二轴承座54是通过滚珠螺母 副与第二往复丝杆52连接的，而第二轴承座54一端是通过连接板与反应釜本体2连接， 同时连接板的两侧分别与反应釜本体2和第二轴承座54转动连接，进而当第二往复丝杆52 通过驱动电机51带动进行转动时，造成第二轴承座54在第二往复丝杆52上发生往复的 上下运动，从而第二轴承座54通过连接板以及配合固定轴11使得反应釜本体2在底座1 的上方发生晃动，进而使得在实际使用反应釜本体2的过程中，即对反应釜本体2中生物 质材料进行搅拌时，反应釜本体2的晃动，同时配合驱动轴3上安装的搅拌机构4，可以 提高生物质材料在反应釜本体2内部均匀混合，在反应釜本体2的内部分布均匀，使得在 制备到混合物A时，提高的生物质材料在酸化过程中的反应速率。
作为本发明的一种实施例，如图6和图7所示，所述搅拌机构4包括活动座41，所述活动座41的底部设置有刮料器43，所述活动座41和刮料器43均活动套接在驱动轴3上， 所述刮料器43包括刮料卡环431、固定卡环432和滑动卡环433，所述滑动卡环433固定 连接在固定卡环432的一侧且滑动卡环433嵌设在刮料卡环431内部并与刮料卡环431滑 动连接，所述活动座41外侧等距均匀的设置有多个搅拌组件42且搅拌组件42为倾斜设 置，所述搅拌组件42包括定位轴422和活动管421，所述定位轴422两端分别延伸至活动 座41和固定卡环432一侧并分别与活动座41和固定卡环432固定连接，所述活动管421 转动连接在定位轴422上，所述刮料器43的底部设置有刮料叶轮44，所述刮料叶轮44嵌 设在反应釜本体2的内部底端，所述刮料叶轮44与第一往复丝杆31固定连接。
工作时，由于在驱动轴3的顶部固定设置有第一往复丝杆31，并且驱动轴3顶部是贯 穿密封盖22且与密封盖22转动连接的，进而当第一往复丝杆31转动时，也会带动驱动轴3进行转动，在启动驱动电机51时，驱动机构5整体开设工作，由于在驱动齿轮53和 密封盖22之间设置有一定间距，并且驱动齿轮53和从动齿轮64的活动以及连接是相互 适配的，进而当反应釜本体2整体发生晃动时，为左右方向上的上下摆动，从而驱动齿轮 53依旧会与从动齿轮64保持啮合连接；
第二往复丝杆52通过驱动齿轮53和从动齿轮64带动第一往复丝杆31进行转动，第一往复丝杆31转动，造成驱动轴3同步的转动，在驱动轴3上设置的搅拌机构4中包括 活动座41，在本发明中驱动轴3的周表面上设置有限位条块32，而在实际的使用中活动 座41的内侧开设有与限位条块32相适配的限位条槽，进而当第一往复丝杆31转动时， 第一往复丝杆31通过限位条块32也会带动活动座41进行转动，并且若是活动座41受到 高度方向上的外力时，可以发生便转动，边进行上下移动；
由于搅拌组件42相对于驱动轴3是倾斜设置的，且搅拌组件42中的定位轴422的两端分别与活动座41和固定卡环432固定连接，从而当驱动轴3带动活动座41旋转时，也 会使得多个搅拌组件42在反应釜本体2内部沿着驱动轴3的轴线进行旋转，而由于搅拌 组件42中的活动管421与定位轴422活动套接，并且活动管421上设置有多个叶片，从 而驱动轴3会同步带动搅拌组件42进行旋转，而搅拌组件42在旋转的过程中，对反应釜 本体2内部的生物质材料混合液进行均匀地搅拌，并且反应釜本体2内部的生物质材料、 盐酸溶液以及后续添加的微生物菌液、含活性基团的活性剂和催化剂，会与搅拌组件42 间产生的反作用力，作用力会直接会作用在活动管421上的叶片处，从而通过叶片对活动 管421形成推动力，即使得多个叶片带动活动管421沿着旋转的轴线进行自转，从而形成 对含有生物材料的混合液进行均匀地搅拌，从而通过活动管421和活动管421上的叶片， 配合搅拌组件42整体以及固定轴11和驱动机构5的配合使用，进一步提高对反应釜本体 2内部生物质混合液的混合效果。
作为本发明的一种实施例，如图4和图5所示，所述第一轴承座61的外侧等距均匀的设置有多个刮料组件，所述刮料组件包括连接杆62，所述连接杆62底部固定连接有连 接柱63，所述连接柱63底部贯穿密封盖22并延伸至反应釜本体2的内部与刮料卡环431 顶部固定连接。
工作时，在搅拌的过程中生物质颗粒聚集在反应釜底部，并且生物质材料进行炭化转 化过程之前，反应釜内壁上，粘接大量的生物质材料，由于刮料器43中的刮料卡环431一侧是贴合反应釜本体2的内壁设置的。在驱动轴3带动搅拌组件42对生物质材料的混 合液进行均匀混合的时候，驱动轴3与第一往复丝杆31同步的发生转动，而在第一往复 丝杆31上设置的第一轴承座61也是通过滚珠螺母副与第一往复丝杆31连接的，进而第 一往复丝杆31转动也很会带动第一轴承座61发生往复的上下运动，而第一轴承座61外 侧设置的多个刮料组件，刮料组件中的连接杆62一端是与第一轴承座61固定连接的，连 接杆62另一端固定连接的连接柱63是贯穿密封盖22延伸至反应釜本体2的内部与刮料 卡环431顶部固定连接，进而在通过驱动轴3和搅拌组件42对反应釜本体2内部进行均 匀混合的过程中，第一往复丝杆31转动会通过第一轴承座61和多个刮料组件同步的带动 刮料卡环431上移，刮料卡环431与固定卡环432之间是通过滑动卡环433连接的，进而 刮料卡环431上移，会通过滑动卡环433带动固定卡环432上移，且不影响固定卡环432 和刮料卡环431之间发生相对转动，即第一往复丝杆31转动通过第一轴承座61带动第一 轴承座61、连接杆62、刮料卡环431、和固定卡环432同步的发生往复的上下移动，即可 通过刮料卡环431和固定卡环432对反应釜本体2的内壁形成刮蹭，将反应釜本体2内壁 上粘接大量的生物质材料，挂落并且落在固定卡环432上，在通过固定卡环432带动生物 质材料在溶液中上下运动，可进一步提高生物质材料的反应速率；
由于反应釜本体2内壁上刮蹭落下的生物质材料会落在刮料卡环431上，避免生物质 材料直接落入反应釜本体2的底部，同时在通过刮料卡环431的带动下，在反应釜本体2内部的溶液中上下运动，可以直至生物质材料完全溶解至符合预设固定卡环432的滤径大小，即当前生物质材料是符合后续的炭化固化步骤的使用要求的，一方面提高了生物质材料进行炭化转化的效率，即为生物质材料在炭化固化过中的利用率，另一方面通过刮料卡环431的往复的上下移动，即通过刮料卡环431往复的对反应釜本体2的内壁形成刮料， 从而可以避免后续对反应釜本体2的内部的清洗。
作为本发明的一种实施例，如图5所示，所述驱动齿轮53的底部设置有定位座55，所述定位座55与第二往复丝杆52转动连接，所述定位座55底部通过两个支撑柱与底座1 固定连接。
工作时，由于在驱动轴3的底部设置有刮料叶轮44，刮料叶轮44的下端面是贴合反应釜本体2的底端内部设置的，进而当驱动轴3转动的同时，也会带动刮料叶轮44转动， 即通过刮料叶轮44在反应釜本体2的顶部形成搅拌，并且也可通过刮料叶轮44对反应釜 本体2的底部进行刮料，避免底部充分混合反应后的生物质溶液在反应釜本体2的底部发 生沉淀，在底座1上设置定位座55，定位座55是与第二往复丝杆52转动连接，即通过定 位座55和两个支撑柱，保证定位座55整体的稳定性。
工作原理：工作时，通过将反应釜本体2的底部嵌入底座1的内部，并且反应釜本体2底部的两端分别固定连接有固定轴11，同时反应釜本体2通过固定轴11与底座1转动 连接，在底座1的上方位于反应釜本体2的一侧设置有驱动机构5，驱动机构5中的第二 往复丝杆52通过驱动齿轮53与传动机构6中地从动齿轮64啮合连接，形成驱动机构5 和传动机构6的联动反应，而传动机构6中地从动齿轮64是与第一往复丝杆31固定连接 的，第一往复丝杆31的底部固定连接有驱动轴3，驱动轴3是通过密封盖22设置在反应 釜本体2的内部并且反应釜本体2上固定安装有搅拌机构4，进而驱动机构5、传动机构 6、驱动轴3和搅拌机构4之间均为联动关系。
本发明中驱动机构5包括驱动电机51，驱动电机51的输出端与第二往复丝杆52固定 连接，进而驱动电机51带动第二往复丝杆52进行转动，由于在反应釜本体2的一侧设置的第二轴承座54与第二往复丝杆52的特殊连接关系，且第二轴承座54是通过滚珠螺母 副与第二往复丝杆52连接的，而第二轴承座54一端是通过连接板与反应釜本体2连接， 同时连接板的两侧分别与反应釜本体2和第二轴承座54转动连接，进而当第二往复丝杆52 通过驱动电机51带动进行转动时，造成第二轴承座54在第二往复丝杆52上发生往复的 上下运动，从而第二轴承座54通过连接板以及配合固定轴11使得反应釜本体2在底座1 的上方发生晃动，进而使得在实际使用反应釜本体2的过程中，即对反应釜本体2中生物 质材料进行搅拌时，反应釜本体2的晃动，同时配合驱动轴3上安装的搅拌机构4，可以 提高生物质材料在反应釜本体2内部均匀混合，在反应釜本体2的内部分布均匀，使得在 制备到混合物A时，提高的生物质材料在酸化过程中的反应速率；
由于在驱动轴3的顶部固定设置有第一往复丝杆31，并且驱动轴3顶部是贯穿密封盖 22且与密封盖22转动连接的，进而当第一往复丝杆31转动时，也会带动驱动轴3进行转动，在启动驱动电机51时，驱动机构5整体开设工作，由于在驱动齿轮53和密封盖22 之间设置有一定间距，并且驱动齿轮53和从动齿轮64的活动以及连接是相互适配的，进 而当反应釜本体2整体发生晃动时，为左右方向上的上下摆动，从而驱动齿轮53依旧会 与从动齿轮64保持啮合连接；
第二往复丝杆52通过驱动齿轮53和从动齿轮64带动第一往复丝杆31进行转动，第一往复丝杆31转动，造成驱动轴3同步的转动，在驱动轴3上设置的搅拌机构4中包括 活动座41，在本发明中驱动轴3的周表面上设置有限位条块32，而在实际的使用中活动 座41的内侧开设有与限位条块32相适配的限位条槽，进而当第一往复丝杆31转动时， 第一往复丝杆31通过限位条块32也会带动活动座41进行转动，并且若是活动座41受到 高度方向上的外力时，可以发生便转动，边进行上下移动；
由于搅拌组件42相对于驱动轴3是倾斜设置的，且搅拌组件42中的定位轴422的两端分别与活动座41和固定卡环432固定连接，从而当驱动轴3带动活动座41旋转时，也 会使得多个搅拌组件42在反应釜本体2内部沿着驱动轴3的轴线进行旋转，而由于搅拌 组件42中的活动管421与定位轴422活动套接，并且活动管421上设置有多个叶片，从 而驱动轴3会同步带动搅拌组件42进行旋转，而搅拌组件42在旋转的过程中，对反应釜 本体2内部的生物质材料混合液进行均匀地搅拌，并且反应釜本体2内部的生物质材料、 盐酸溶液以及后续添加的微生物菌液、含活性基团的活性剂和催化剂，会与搅拌组件42 间产生的反作用力，作用力会直接会作用在活动管421上的叶片处，从而通过叶片对活动 管421形成推动力，即使得多个叶片带动活动管421沿着旋转的轴线进行自转，从而形成 对含有生物材料的混合液进行均匀地搅拌，从而通过活动管421和活动管421上的叶片， 配合搅拌组件42整体以及固定轴11和驱动机构5的配合使用，进一步提高对反应釜本体 2内部生物质混合液的混合效果；
在搅拌的过程中生物质颗粒聚集在反应釜底部，并且生物质材料进行炭化转化过程之 前，反应釜内壁上，粘接大量的生物质材料，由于刮料器43中的刮料卡环431一侧是贴合反应釜本体2的内壁设置的。在驱动轴3带动搅拌组件42对生物质材料的混合液进行 均匀混合的时候，驱动轴3与第一往复丝杆31同步的发生转动，而在第一往复丝杆31上 设置的第一轴承座61也是通过滚珠螺母副与第一往复丝杆31连接的，进而第一往复丝杆 31转动也很会带动第一轴承座61发生往复的上下运动，而第一轴承座61外侧设置的多个 刮料组件，刮料组件中的连接杆62一端是与第一轴承座61固定连接的，连接杆62另一 端固定连接的连接柱63是贯穿密封盖22延伸至反应釜本体2的内部与刮料卡环431顶部 固定连接，进而在通过驱动轴3和搅拌组件42对反应釜本体2内部进行均匀混合的过程 中，第一往复丝杆31转动会通过第一轴承座61和多个刮料组件同步的带动刮料卡环431 上移，刮料卡环431与固定卡环432之间是通过滑动卡环433连接的，进而刮料卡环431 上移，会通过滑动卡环433带动固定卡环432上移，且不影响固定卡环432和刮料卡环431 之间发生相对转动，即第一往复丝杆31转动通过第一轴承座61带动第一轴承座61、连接 杆62、刮料卡环431、和固定卡环432同步的发生往复的上下移动，即可通过刮料卡环431 和固定卡环432对反应釜本体2的内壁形成刮蹭，将反应釜本体2内壁上粘接大量的生物 质材料，挂落并且落在固定卡环432上，在通过固定卡环432带动生物质材料在溶液中上 下运动，可进一步提高生物质材料的反应速率；
由于反应釜本体2内壁上刮蹭落下的生物质材料会落在刮料卡环431上，避免生物质 材料直接落入反应釜本体2的底部，同时在通过刮料卡环431的带动下，在反应釜本体2内部的溶液中上下运动，可以直至生物质材料完全溶解至符合预设固定卡环432的滤径大小，即当前生物质材料是符合后续的炭化固化步骤的使用要求的，一方面提高了生物质材料进行炭化转化的效率，即为生物质材料在炭化固化过中的利用率，另一方面通过刮料卡环431的往复的上下移动，即通过刮料卡环431往复的对反应釜本体2的内壁形成刮料， 从而可以避免后续对反应釜本体2的内部的清洗。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解 在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变 型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、配料：将预先破碎的生物质材料投入反应釜本体(2)；
S2、酸化处理：向反应釜本体(2)中加入去离子水和盐酸溶液浸泡生物质材料并进行均匀搅拌后，得混合液A备用；
S3、促进抑制：在向混合物A中加入微生物菌液并再次均匀搅拌后，得到混合液B备用；
S4、热化学处理：加热反应釜本体(1)，待升高到一定温度和压力时，将生物质质量1～5％的含活性基团的活性剂和生物质质量为1～10％的催化剂投入到底座(1)内部的混合液B中，对生物质材料的混合液B进行固溶炭化；
S5、降温：炭化转化完成后，冷却至40℃以下，得到生物炭。
2.根据权利要求1所述的一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺，其特征在于：所述生物质材料包括农作物秸秆、菌糠或绿化垃圾中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺，其特征在于：所述步骤S1中盐酸溶液的质量分数为25％，所述步骤S1和步骤S2中搅拌转速为100-200r/min，搅拌时间为10-30min。
4.根据权利要求1所述的一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺，其特征在于：所述微生物菌液中的菌株是由假单胞菌和鞘氨醇单胞菌作为亲本采用原生质体融合技术得到的融合菌株F14。
5.根据权利要求1所述的一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺，其特征在于：所述活性基团包括羧基、羟基、羰基和甲氧基中的一种或多种，所述催化剂为钾盐、钙盐、过渡金属盐和金属氧化物等。
6.一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效设备，应用于如权利要求1-5任一所述的一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效工艺中，其特征在于：包括底座(1)和反应釜本体(2)，所述反应釜本体(2)的底部嵌入底座(1)的内部且反应釜本体(2)的两侧均固定连接有固定轴(11)，所述反应釜本体(2)通过固定轴(11)与底座(1)转动连接；
所述底座(1)的一侧设置有驱动机构(5)，所述驱动机构(5)包括驱动电机(51)，所述驱动电机(51)的输出端固定连接有第二往复丝杆(52)，所述第二往复丝杆(52)的顶部固定设置有驱动齿轮(53)，所第二往复丝杆(52)上外侧活动套设有第二轴承座(54)，所述第二轴承座(54)与驱动电机(51)通过滚珠螺母副连接，所述驱动齿轮(53)一侧设置有连接板，所述连接板两端分别与反应釜本体(2)和第二轴承座(54)转动连接；
所述反应釜本体(2)内部固定设置有驱动轴(3)，所述驱动轴(3)上位于反应釜本体(2)的内部安装有搅拌机构(4)，所述驱动轴(3)顶部贯穿密封盖(22)与密封盖(22)转动连接，所述驱动轴(3)的顶部固定设置有第一往复丝杆(31)，所述第一往复丝杆(31)上安装有传动机构(6)，所述传动机构(6)包括第一轴承座(61)，所述第一轴承座(61)活动套设在第一往复丝杆(31)上，所述第一轴承座(61)和第一往复丝杆(31)通过滚珠螺母副连接，所述第一轴承座(61)的底部设置有从动齿轮(64)，所述从动齿轮(64)固定连接在第一往复丝杆(31)上并与驱动齿轮(53)啮合连接。
7.根据权利要求6所述的一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效设备，其特征在于：所述底座(1)上开设有出料槽(12)，所述反应釜本体(2)上对应出料槽(12)的位置处固定设置有出料口(21)且出料口(21)嵌入出料槽(12)内部。
8.根据权利要求6所述的一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效设备，其特征在于：所述搅拌机构(4)包括活动座(41)，所述活动座(41)的底部设置有刮料器(43)，所述活动座(41)和刮料器(43)均活动套接在驱动轴(3)上，所述刮料器(43)包括刮料卡环(431)、固定卡环(432)和滑动卡环(433)，所述滑动卡环(433)固定连接在固定卡环(432)的一侧且滑动卡环(433)嵌设在刮料卡环(431)内部并与刮料卡环(431)滑动连接，所述活动座(41)外侧等距均匀的设置有多个搅拌组件(42)且搅拌组件(42)为倾斜设置，所述搅拌组件(42)包括定位轴(422)和活动管(421)，所述定位轴(422)两端分别延伸至活动座(41)和固定卡环(432)一侧并分别与活动座(41)和固定卡环(432)固定连接，所述活动管(421)转动连接在定位轴(422)上，所述刮料器(43)的底部设置有刮料叶轮(44)，所述刮料叶轮(44)嵌设在反应釜本体(2)的内部底端，所述刮料叶轮(44)与第一往复丝杆(31)固定连接。
9.根据权利要求6所述的一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效设备，其特征在于：所述第一轴承座(61)的外侧等距均匀的设置有多个刮料组件，所述刮料组件包括连接杆(62)，所述连接杆(62)底部固定连接有连接柱(63)，所述连接柱(63)底部贯穿密封盖(22)并延伸至反应釜本体(2)的内部与刮料卡环(431)顶部固定连接。
10.根据权利要求6所述的一种采用炭基微生物制备颗粒生物炭的高效设备，其特征在于：所述驱动齿轮(53)的底部设置有定位座(55)，所述定位座(55)与第二往复丝杆(52)转动连接，所述定位座(55)底部通过两个支撑柱与底座(1)固定连接。
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