一种微波强化生物质炭化的处理方法技术

本发明专利技术涉及一种微波强化生物质炭化的处理方法，所述方法包括如下步骤：(1)将生物质、酸和催化剂混合，得到混合物；(2)将步骤(1)得到混合物进行微波处理，得到炭材料。本发明专利技术通过利用微波强化了生物质和硫酸的反应过程，同时实现了生物质炭和硫酸的快速分离，减少了反应步骤、减少了能量消耗，实现了低成本生物质的炭化处理。反应得到的生物质炭具有原料来源丰富、价格低廉、比表面积大、孔隙结构发达、热稳定性和化学稳定性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种微波强化生物质炭化的处理方法
本专利技术涉及生物质处理领域，具体涉及一种微波强化生物质炭化的处理方法。
技术介绍
生物炭也称为生物碳、生物质炭、生物质焦等。作为一种土壤改良剂，生物质形成了一个顽强的碳负性的土壤炭结合体，并将大气中二氧化碳储存到土壤炭库中。土壤中施用了生物炭后，其营养持久性增强，不仅减少了作物对肥料的需求，而且生物固炭减少温室气体排放。生物炭的原料来源十分广泛，据文献报道，许多农林业副产物，例如枣核、核桃壳、胡桃壳、废茶叶、玉米芯、椰子壳、甜菜根、花生壳、稻谷壳、棉花壳、香蕉皮、竹废料、橄榄核、樱桃核、桔子皮、咖啡豆荚、玉米秸秆和木薯皮等，都被尝试用于制备低成本的生物炭。生物炭是指生物质在缺氧条件下高温热裂解形成的固体物质，其主要组成元素为碳、氢、氧、氮等，还包含少量微量元素，含碳量一般在60％以上。制备生物炭最常用的方法是热裂解法，即在没有氧气或者有限供氧环境中热分解有机材料。如CN109762581A公开了一种生物质能热裂解装置及生物炭制备方法，生物质能热裂解装置包括原料料仓、输送加热装置、生物质油气相变反应釜及炭仓。原料料仓用于装设生物质原料。输送加热装置用于接收原料料仓的生物质原料并将生物质原料向下一工位输送，输送加热装置包括沿着生物质原料的输送方向依次设置的脱水反应部、裂解反应部与炭化反应部。生物质油气相变反应釜用于接收炭化反应部输出的产物，并对产物进行二次裂解处理。炭仓用于接收并存储生物质油气相变反应釜输出的生物炭。相对于传统的土焖炭炉直接焖热得到生物炭的方式，上述的生物质能热裂解装置能够对生物质原料进行高效率炭化处理得到生物炭。但是焚烧废气处理装置酸化严重，二噁英不能保证稳定达标排放，检修费用高。CN108946697A公开了一种利用烷基化废硫酸炭化生产生物质的方法，将生物质加入到烷基化废酸中，加热使生物质和废硫酸中的酸溶油在硫酸作用下聚合炭化得到生物质炭，该方法得到的生物质炭收率大于60％。但是目前的硫酸炭化生物质后，残余的硫酸被炭材料吸附，需要通过加入稀酸或者水把硫酸从炭材料中洗出来，加入了水洗的酸浓度变低，并且操作复杂。因此，开发出一种低成本、高效率以及无害化的生物质的资源化处理方法，具有重要的意义。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种微波强化生物质炭化的处理方法，该方法反应步骤少、能量消耗低，生物质炭收率高，稀酸量少，得到的生物质炭与稀酸具有很高的应用价值，实现了生物质的低成本炭化处理，符合绿色化学要求。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种微波强化生物质炭化的处理方法，所述方法包括如下步骤：(1)将生物质、酸和催化剂混合，得到混合物；(2)将步骤(1)得到混合物进行微波处理，得到炭材料。本专利技术通过利用微波强化了生物质和酸的反应过程，同时实现了生物质炭和酸的快速分离，减少了反应步骤、减少了能量消耗，实现了低成本生物质的炭化处理。反应得到的生物质炭具有原料来源丰富、价格低廉、比表面积大、孔隙结构发达、热稳定性和化学稳定性好等优点。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述生物质的粒度≤100mm，例如可以是100mm、90mm、80mm、70mm、60mm、50mm、40mm、30mm、20mm或10mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，所述生物质可以是枣核、核桃壳、胡桃壳、废茶叶、玉米芯、椰子壳、甜菜根、花生壳、稻谷壳、棉花壳、香蕉皮、竹废料、橄榄核、樱桃核、桔子皮、咖啡豆荚、玉米秸秆、芦苇杆、蔬菜杆和木薯皮等中的1中或至少2种的组合。优选地，步骤(1)所述混合为先将生物质和酸进行第一混合，之后和催化剂进行第二混合。优选地，所述第一混合的温度为30-90℃，例如可以是30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述第一混合的时间为0.1-4h，例如可以是0.1h、0.3h、0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h或4h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述第二混合的温度为80-180℃，例如可以是80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃或170℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述二混合的时间为0.1-4h，例如可以是0.1h、0.3h、0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h或4h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述酸包括硫酸或硝酸。优选地，所述硫酸的质量浓度≥40wt％，例如可以是40wt％、50wt％、60wt％、70wt％、80wt％或90wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述硝酸的质量浓度≥60wt％，例如可以是60wt％、70wt％、80wt％或90wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述硫酸包括烷基化废硫酸和/或磺化废硫酸。优选地，所述硫酸为烷基化废硫酸时，所述烷基化废硫酸的质量浓度≥85％，例如可以是85wt％、86wt％、87wt％、88wt％、89wt％、90wt％、91wt％、92wt％、93wt％或94wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述硫酸为磺化废硫酸时，所述磺化废硫酸的质量浓度≥85％，例如可以是85wt％、86wt％、87wt％、88wt％、89wt％、90wt％、91wt％、92wt％、93wt％或94wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述酸和生物质的质量比为(1-100):1，例如可以是1:1、2:1、4:1、6:1、8:1、10:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1或100:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述催化剂包括液体酸、氟磺酸类离子液体、磺酸类离子液体、酸性树脂、负载型磷钨杂多酸催化剂、固体磺酸催化剂或磷钨杂多酸铯盐催化剂中的1种或至少2种的组合。本专利技术中，所述液体酸可以是丙烯酸、甲基丙烯酸或柠檬酸等。本专利技术中，所述氟磺酸类离子液体可以是[N222n1][MFn2]-TFSA、[N222n1][NTf2]-TFSA、[Cn1mim][DMMP]-TFSA或[Cn1mim][MFn2]-TFSA(其中M＝P、B或Sb；n1＝2，4，6或8；n2＝4或6)等，如1,3-二甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-己基-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波强化生物质炭化的处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)将生物质、酸和催化剂混合，得到混合物；/n(2)将步骤(1)得到混合物进行微波处理，得到炭材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种微波强化生物质炭化的处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将生物质、酸和催化剂混合，得到混合物；
(2)将步骤(1)得到混合物进行微波处理，得到炭材料。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述生物质的粒度≤100mm；
优选地，步骤(1)所述混合为先将生物质和酸进行第一混合，之后和催化剂进行第二混合；
优选地，所述第一混合的温度为30-90℃；
优选地，所述第一混合的时间为0.1-4h；
优选地，所述第二混合的温度为80-180℃；
优选地，所述二混合的时间为0.1-4h。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述酸包括硫酸或硝酸；
优选地，所述硫酸的质量浓度≥40wt％；
优选地，所述硝酸的质量浓度≥60wt％；
优选地，所述硫酸包括烷基化废硫酸和/或磺化废硫酸；
优选地，所述硫酸为烷基化废硫酸时，所述烷基化废硫酸的质量浓度≥85％；
优选地，所述硫酸为磺化废硫酸时，所述磺化废硫酸的质量浓度≥85％。


4.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述酸和生物质的质量比为(1-100):1。


5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述催化剂包括液体酸、氟磺酸类离子液体、磺酸类离子液体、酸性树脂、负载型磷钨杂多酸催化剂、固体磺酸催化剂或磷钨杂多酸铯盐催化剂中的1种或至少2种的组合。


6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述催化剂的加入量为酸质量的0.01-5％。


7.如权利要求1-6任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志茂，吕天宝，高强，刘瑞霞，晏冬霞，李世飞，张锁江，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，山东鲁北化工股份有限公司，中科廊坊过程工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11