一种水葫芦生物碳的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用水葫芦制备生物碳的方法。其主要技术特征在于:以水葫芦叶柄膨大部分为原料，将原料清洗干净、切碎后，进行初步脱水，之后进入冷冻干燥机进行充分脱水，冷冻干燥后的原料放置于管式炉,在无氧条件（预通氮气驱除炉内空气）下,快速升温，原料达到设定温度并保持恒温一定时间后,得到水葫芦生物碳。采用此法制备的生物碳具有良好的结构及稳定的性能，是优质活性炭，用途广泛。本发明专利技术为水葫芦资源化利用开辟了一条新途径，有助于解决目前令人头痛的水葫芦生态入侵问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种利用水葫芦制备生物碳的方法。其主要技术特征在于:以水葫芦叶柄膨大部分为原料，将原料清洗干净、切碎后，进行初步脱水，之后进入冷冻干燥机进行充分脱水，冷冻干燥后的原料放置于管式炉,在无氧条件（预通氮气驱除炉内空气）下,快速升温，原料达到设定温度并保持恒温一定时间后,得到水葫芦生物碳。采用此法制备的生物碳具有良好的结构及稳定的性能，是优质活性炭，用途广泛。本专利技术为水葫芦资源化利用开辟了一条新途径，有助于解决目前令人头痛的水葫芦生态入侵问题。【专利说明】一种水萌芦生物碳的制备方法
本专利技术涉及生物碳的制备方法，具体涉及。
技术介绍
水葫芦(water hyacinth),是多年生漂浮性草本植物。水葫芦的耐肥力、抗病性都很强，是世界上生长、繁殖最快的水生植物之一。水葫芦属于外来入侵物种；改革开放后，我国经济快速发展，水体富营养化问题凸显，导致水葫芦疯长，带来严重的生态环境问题。水葫芦的治理是一个艰巨的任务。除了高昂的打捞费用，如何处理数量巨大的水葫芦是一个很棘手的问题。一般采用直接填埋，但这需要大量的地而且填埋后水葫芦还是会散发出恶臭味；更糟糕的是:因其吸附了重金属等水体污染物，填埋又容易造成地下水污染。从另外的角度看，数量庞大的水葫芦蕴藏着巨大的生物质资源，如果能将水葫芦资源化利用，就可以变 废为宝，解决水葫芦问题。考虑到水葫芦中(特别是其球状茎，即是水葫芦的‘葫芦’部分)含有大量优质多孔纤维，可以制成性能优良的活性碳，为大规模实现水葫芦资源化提供新的途径，本专利技术提出了制备水葫芦生物碳的方法。生物质碳化一般是指生物质在一定条件下发生的不完全热降解，产物为称为碳(生物碳)。目前国内外很多专家认为生物碳化对于地球环境具有多种好处。其一，生物碳化对于通过生物质碳化把生物质内的碳被锁定生物碳内，从而减少了二氧化碳等温室气体的排放量，有助于减轻全球气候变暖。其二，生物碳的用途广泛，性能优良的生物碳可作为活性炭广泛应用于污水处理、废气处理等领域；普通的生物碳可以作为土壤改良剂，因其孔洞结构很容易聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。目前，采用水葫芦为原料制作高品质生物碳的文献还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供，该法工艺简单，操作方便，容易实现大规模生产，为治理泛滥成灾的水葫芦提供了一个良好途径。本专利技术是通过以下技术方案实现的: ，包括如下步骤: 将水葫芦球状茎洗净、切碎、初步脱水后，进行冷冻干燥，之后置于管式炉内，预通氮气并快速升温，到达设定温度后，在高温、无氧条件下恒温，得到水葫芦生物碳。优选地，所述水葫芦球状茎为水葫芦切除水葫芦的根和叶，只取其叶柄膨大部分(该部分具有良好的纤维)。优选地，所述洗净为用水淋洗；所述切碎的切碎程度为0.5~lcm，初步脱水为自然晾晒6~8天或采用烘干机烘干I天至含水率为12%~15% ;所述冷冻干燥为将初步脱水后的物质于干燥机冷冻干燥4飞小时至含水率1.5%~4.5%。优选地，所述无氧环境是往管式炉预通10-25分钟气速为18(T300cm3/min的氮气，以排出炉内空气，实现无氧的条件。优选地，所述快速升温指到达设定温度的时间< 18 min，其中所述设定温度为600^6500C ;所述恒温时间为45~60分钟(控温精度±1°C)。本专利技术所得产品水葫芦生物碳为高品质活性炭，具脱色、提纯、除杂、除臭、去异味、载体、净化、回收等功能；可作为吸附剂用于水处理，还可用作气体吸附剂净化工业尾气、化学工业中的催化剂及催化剂载体等；水葫芦生物碳为相对低端的活性炭(成本也相对较低)，可用作复合肥添加剂、污水处理吸附剂、土壤改良剂(木炭的多孔结构使它能像海绵一样保存水分和水中营养物质，这正是贫瘠的土壤所匮乏的)等。本专利技术与现有技术相比，具有以下优势: 本专利技术主要的特点在于从资源化的角度来看待水葫芦，充分利用水葫芦的球状茎的良好纤维结构，将其变废为宝。根据水葫芦的含水量高的、不易加工的特点采用了初步脱水一冷冻干燥的工艺，此步骤与其他干燥方法相比，物料的物理结构和分子结构变化极小，其组织结构被较好地保存，且脱水充分；此外为了获得高品质水葫芦生物碳，采用了 ‘无氧条件+精确控温’的工艺。与现有的生物碳制造技术相比，本专利技术最大的特点是采用水葫芦(主要利用其球状茎的良好纤维结构)作为原料来源，因而具有原料价廉易得并且质量优良的优点。实际上，目前在很多地区，除了打捞费用由政府负责外，水葫芦的处理处置还可以获得政府额外的补贴，因而水葫芦的资源化利用前景广阔。【专利附图】【附图说明】 图1为水葫芦制备生物碳的流程。【具体实施方式】下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步具体的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1 将水葫芦切除根以及叶，只取叶柄膨大部分(球状茎)；用干净水(自来水)将表面杂质清洗干净；切碎水葫芦球状茎，其切碎程度为0.6cm。于光线充足处自然晾晒8天，至含水率12.1%。初步脱水后原料置于冷冻干燥机6小时；至含水率1.5%。将冷冻干燥后的原料投入管式炉，在加热前，往炉内通25分钟气速为300cm3/min的氮气，以排出炉内的空气。设定反应温度为600°C，15分钟达到目标温度；保持恒温时间60分钟(调节控温元件使温度土1°C)。恒温热解完成后，关闭电源，保持反应炉的封闭状态，隔绝空气，自然降温。降至室温之后取出，迅速置于干燥容器内，避光保存，得到水葫芦生物碳(其流程如图1所示)，产品编号为BCH600。取水葫芦生物碳(10 ± 0.l)mg生物碳(编号BCH600)，按照固液比1:1000 (g/ml)加入10 ml浓度范围为的20~100 mg/L的Cd(NO3)2溶液；置于具塞样品瓶中，(25土 I) °C下匀速振荡12小时(吸附动力学预实验表明此时间内吸附达到平衡)，溶液pH~7。测得Cd(n )去除率93%-97%。此法可以为去除农村微污染水中的痕量金属提供一条现实途径。实施例2 将水葫芦切除其根以及叶，取其茎部(整个茎部)，用水淋洗；切碎至lcm，阳光下自然晾晒6天，至含水率14.8%。将初步脱水后的原料投入管式炉，在加热前，往炉内通20分钟气速为250cm3/min的氮气，使反应炉内为无氧环境。设定反应温度为450°C，快速升温(8分钟达到目标温度)，随后恒温反应时间为40分钟，恒温热解完成后，关闭电源，保持反应炉的封闭状态，自然降温，得到水葫芦生物碳(降至室温之后取出)。产品编号为BCL450。相比于BCH600，BCL450成本较低，可用作土壤改良剂；还可作为肥料增效载体制作生物碳延缓复合肥，该复合肥可以延缓肥料在土壤中的养分释放，降低养分损失，提高肥料养分利用率。采用水葫芦生物碳(产品编号为BCL450)与硫酸铵、氯化钾、普通过磷酸钙掺混制作水葫芦生物碳载体掺混肥。按重量百分比计:水葫芦生物碳50~65%，硫酸铵15~20%、氯化钾10~15%和普通过磷酸钙10~15%。使用量为(60 土 l)kg/每亩地(约为90 g / m2),在相同的条件下，与仅使用同重量肥料(硫酸铵+氯化钾+普通过磷酸钙)而不加所述生物碳的情况对照，萝卜增产17~22 %，玉米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水葫芦生物碳的制备方法，其特征在于：将水葫芦球状茎洗净、切碎、初步脱水后，进行冷冻干燥，之后置于管式炉内，预通氮气并快速升温，到达设定温度后，在高温、无氧条件下恒温，得到水葫芦生物碳。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：利锋，梁燕燕，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44