一种利用热等离子体制备生物炭的方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种利用热等离子体制备生物炭的方法及应用，本发明专利技术提供了一种生物炭，所述生物炭的比表面积为240

【技术实现步骤摘要】
一种利用热等离子体制备生物炭的方法及应用


[0001]本专利技术属于生物炭制备领域，具体涉及一种利用热等离子体制备生物炭的方法及应用。

技术介绍

[0002]生物炭是生物质在缺氧条件下通过热化学转化得到的固态产物。它有较大的孔隙度和比表面积，较强的吸附、抗氧化和抗生物分解能力，在土壤改良、碳基肥料、固碳减排、水污染和空气污染治理、催化剂载体、储能、电极材料等领域具有巨大应用前景，成为植物生物质—材料交叉学科的研究热点。以农作物秸秆为代表的生物质具有资源丰富、可再生、环境友好等优点，是合成生物炭的理想原料。
[0003]生物炭制备常用方法包括热解、水热碳化、气化、惰性气体碳化等，其中热解是目前主要制备技术，但其反应温度高，升温速率苛刻，能耗高，对反应器要求严格，在活化和后处理过程中所使用的化学试剂会导致环境污染。制备的生物炭直径一般是um
‑
cm级，其吸附和其他生物学功能有限。因此，探索绿色、高效利用农作物秸秆制备生物炭的关键技术，开发生物炭高附加值产品，是生物炭产业发展的两大核心关键问题。
[0004]现有技术中等离子体在生物炭领域中的应用，主要是利用等离子体技术对生物炭进行表面修饰；目前国内外尚未有利用等离子体技术直接处理植物秸秆制备生物炭的报道。
[0005]中国专利文献CN110508244A(申请号：201910799145.5)公开了“一种表面改性的生物炭吸附材料及其制备方法和应用”，该专利文献通过低温等离子体放电对所述生物炭进行表面修饰，制备获得表面修饰有氨基的生物炭；本专利技术是直接利用等离子体技术处理秸秆制备生物炭，与现有技术有本质区别。
[0006]外文文献《The residue from the acidic concentrated lithium bromide treated cropresidue as biochar to remove Cr(VI)》(Xianqi Lu,Xingwang Liu等，Bioresource Technology，2020年)中公开了酸性LiBr处理(60％Libr，0.3M HCl,110℃处理2h)的小麦秸秆生物炭的比表面积为4.53m2/g。本专利技术制备的小麦秸秆生物炭的比表面积显著优于现有技术中小麦秸秆生物炭的比表面积。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种利用热等离子体制备生物炭的方法及应用。
[0008]本专利技术以热等离子炬在富N2条件下，激发产生氮等离子体，攻击秸秆。秸秆在高温和等离子体的攻击下，快速热解碳化，形成生物炭。本专利技术了提供了一种快速、高效、节能、绿色的生物炭制备技术。
[0009]本专利技术的技术方案如下：
[0010]一种生物炭，所述生物炭的比表面积为240
‑
270m2/g，孔体积为0.10
‑
0.15cm3/g，孔
径为1.7
‑
2.1nm，所述生物炭由热等离子体直接处理生物质原料制备获得。
[0011]根据本专利技术优选的，所述生物炭的C元素含量为70％以上。
[0012]根据本专利技术优选的，所述生物炭的比表面积为256.17m2/g，孔体积为0.13cm3/g，孔径为1.96nm。
[0013]根据本专利技术优选的，所述生物炭为小麦秸秆生物炭。
[0014]一种利用热等离子体制备生物炭的方法，包括如下步骤：
[0015](1)收集生物质原料；
[0016](2)利用热等离子体在氮气条件下处理步骤(1)的生物质原料，然后冷却制得生物炭。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤(1)中的生物质原料为秸秆类生物质。
[0018]进一步优选的，所述秸秆类生物质为小麦秸秆。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(2)中热等离子体的处理电流为160
‑
190A，加热时间为3min
‑
10min。
[0020]进一步优选的，步骤(2)中热等离子体的处理电流为180A，加热时间为4min
‑
10min。
[0021]更优选的，加热时间为4min。
[0022]上述生物炭或上述方法制备的生物体炭在环境保护中的应用。
[0023]根据本专利技术优选的，上述生物炭或上述方法制备的生物体炭，在去除有害气体中的应用。
[0024]进一步优选的，上述生物炭或上述方法制备的生物体炭，在去除甲醛中的应用。
[0025]有益技术效果
[0026]本专利技术首次利用等离子体直接处理生物质原料制备生物炭，本专利技术涉及生物炭制备方法，可以直接将生物质原料经热等离子体处理制得生物炭；该方法处理时间短、效率高，并且本专利技术制备的生物炭比表面积较大，孔体积较大，对甲醛等有害气体具有高效的吸附和去除能力。
附图说明
[0027]图1为本专利技术涉及利用热等离子体处理生物质样品的结构示意图。
[0028]图2为生物炭的热降解实验图；
[0029]图中：A为椰壳、B为3min生物炭、C为4min生物炭、D为5min生物炭、E为10min生物炭。
[0030]图3为生物炭的X衍射图。
[0031]图4为生物炭的拉曼光谱。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的保护范围不限于此。
[0033]下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂、材料和设备，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0034]材料来源
[0035]椰壳生物炭、稻杆生物炭购自南京三聚生物新材料科技有限公司。
[0036]仪器设备
[0037]等离子体炬：成都力拓力源科技有限责任公司，定制20kw等离子体电源系统；
[0038]保温真空室：北京中素钛合等离子技术研究所非标定制1200型卧式真空室；
[0039]真空泵：北京北仪优成真空技术有限公司直联高速旋片式真空泵TRP
‑
60。
[0040]实施例1
[0041]一种利用热等离子体制备生物炭的方法，包括以下步骤：
[0042](1)在石墨坩埚中加入10g小麦秸秆(无需粉碎)，反应坩埚放入保温真空室内，真空泵抽真空，然后吹氮形成富氮环境(真空压强19
‑
29Pa，充氮后压强600
‑
850Pa)；
[0043](2)打开等离子体炬，等离子体炬喷口对准步骤(1)中的小麦秸秆，电流调制180A，反应3min；
[0044](3)步骤(2)反应结束后，待保温真空室降温至室温，取出坩埚，收集生物炭。
[0045]实施例2
[0046]一种利用热等离子体制备生物炭的方法，包括以下步骤：
[0047](1)在石墨坩埚中加入10g小麦秸秆，反应坩埚放入保温真空室内，真空泵抽真空，然后吹氮形成富氮环境(真空压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭，其特征在于，所述生物炭的比表面积为240
‑
270m2/g，孔体积为0.10
‑
0.15cm3/g，孔径为1.7
‑
2.1nm，所述生物炭由热等离子体直接处理生物质原料制备获得。2.如权利要求1所述生物炭，其特征在于，所述生物炭的C元素含量为70％以上；优选的，所述生物炭的比表面积为256.17m2/g，孔体积为0.13cm3/g，孔径为1.96nm。3.如权利要求1所述生物炭，其特征在于，所述生物炭为小麦秸秆生物炭。4.一种利用热等离子体制备生物炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)收集生物质原料；(2)利用热等离子体在氮气条件下处理步骤(1)的生物质原料，然后冷却制得生物炭。5.如权利要求4所述方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏涛，卢宪芹，张雨晴，刘玮，王守国，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：