一种联产生物质基多孔炭及高值含氮化学品的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种联产生物质基多孔炭及高值含氮化学品的装置及方法。具体产物为铜离子修饰多孔炭和富氮生物油。所述联产装置包括炉排热解炉、冷凝器、管式炉、酸洗塔、干燥塔、余热传输管。所述联产方法为农林废弃物与氮源混合后进入炉排热解炉慢速共热解。热解生物油通过冷凝器进入生物油储存罐，得到高值含氮化学品。热解炭依次通过活化、酸洗、与醋酸铜混合煅烧得到铜离子修饰生物质基多孔炭。通过本发明专利技术装置及方法，实现农林生物质废弃物同时转变为高值含氮化学品及高性能生物质基多孔炭，达到农林废弃物高附加值的利用的目的。农林废弃物高附加值的利用的目的。农林废弃物高附加值的利用的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种联产生物质基多孔炭及高值含氮化学品的装置及方法


[0001]本专利技术涉及生物质高附加值利用领域，具体涉及到一种联产生物质基多孔炭及高值含氮化学品的装置及方法。

技术介绍

[0002]生物质材料具有可持续性、环保性、经济性等优势。其中农林废弃物在制备生物炭以及生物质生物油具有环保、低碳排放、可再生性强、经济效益和多功能性等优势，对农林废弃物等生物质资源的高附加值利用将是未来的一大研究重点。
[0003]生物质的应用领域多样，可以推动可持续发展、资源循环利用和环境保护。它们对减少温室气体排放、促进农业可持续发展和推动绿色化学工业等方面具有重要意义。然而在目前的研究以及实际生产中，对于生物质的高附加值利用通常局限于生物炭或生物油等一个领域，未能充分实现生物质高价值利用。同时现有生物质处理工艺存在步骤繁琐且耗时长等问题。因此十分有必要开发一种低成本、高效、能够最大程度实现生物质价值的油炭联产制备装置及方法。
[0004]基于此，本专利技术设计一种装置通过慢速热解农林废弃物同时制备高值含氮化学品与生物质基多孔炭，充分实现农林废弃物的的高附加值利用。
[0005]中国专利(CN111785535B)公开了一种自活化高比电容碳微米管电极材料的方法，制备方法为将钾肥培育的法国梧桐树果通过恒温煅烧活化得到所需材料，通过材料本身的钾元素自活化能力得到较优秀的电化学性能；中国专利(CN 114751394A)公开了一种氮掺杂辣椒残渣生物质多孔碳材料的制备方法。以辣椒残渣作为原料，尿素作为氮源，通过简单浸渍和加热获得碳前驱体，以KOH为活化剂高温煅烧得到碳材料；中国专利(CN113105907A)涉及一种乙烯焦油领域，尤其是燃烧用乙烯焦油处理装置，提供一种燃烧用乙烯焦油处理装置，实现了对乙烯焦油燃烧前的处理，避免了乙烯焦油堵塞管道，并在乙烯焦油燃烧后收集为充分燃烧的炭黑，避免环境污染，并提高了乙烯焦油的利用效果；中国专利(CN116199205A)公开了一种多孔碳材料的制备方法和应用。该制备方法包括将钴盐、有机配位体溶于溶剂中，放入碳材料，进行水热反应，得到ZIF
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67/碳材料复合产物；将所述ZIF
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67/碳材料复合产物进行退火，得到所述多孔碳材料，该专利技术通过水热法在所述生长基底上生长高密度排列的ZIF
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67，经高温碳化生成多孔碳材料获得更好的电化学性能。。
[0006]尽管上述专利在生物质基碳材料或油材料领域都取得优秀的效果，在生物质利用方面取得优秀成果。然而在生产过程中普遍存在无法充分利用生物质材料价值潜能，仅能将生物质转化为生物炭或生物油的一种，无法充分发挥生物质价值；此外生产过程中普遍存在着高污染、高能耗的问题；同时在上述专利中还存在着生物质基材料合成工艺复杂的问题。
[0007]因此在工程上十分有必要开发一种低成本、绿色、高效的生物质利用办法，基于此原因，本专利采用的联产的工程装置，在一次工艺中实现生物炭以及生物油的共同制备，充分利用生物质材料的价值。

技术实现思路

[0008]本专利技术采用一种联产的工程装置，在系统中完成由生物质原料到铜离子修饰生物质基活性炭以及高值含氮化学品的一系列过程。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]农林废弃物与氮源混合后通过螺旋给料器进入炉排热解炉慢速共热解。热解生物油通过冷凝器进入生物油储存罐，得到生物质基富氮生物油。热解炭与氯化锌在高温条件下进行活化产生多孔炭，多孔炭与醋酸铜混合煅烧、酸洗得到铜离子修饰生物质基多孔炭。
[0011]进一步的，农林废弃物与氮源共热解产生的生物油通过冷凝装置收集。
[0012]进一步的，所述联产装置包括余热传输管道，利用余热传输管道将用于活化的一号管式炉中热量传导至炉排热解炉；以及将用于混合金属铜活性炭煅烧的二号管式炉中热量传输至干燥塔；充分利用余热，提高经济效益。
[0013]进一步的，装置包括一次热解炉，在其中农林废弃物与氮源共热解生成富氮生物质；将所获得的产品转移至管式炉中与氯化锌以一定比例混合进行一步活化；所得产品再一次与醋酸铜混合并转移至管式炉低温煅烧得到铜金属修饰多孔碳材料。
[0014]进一步的，装置中用于将活性炭与醋酸铜混合并煅烧的管式炉中设置了螺旋结构，有助于铜离子更好的附着与活性炭之上，得到铜金属修饰多孔碳材料。
[0015]进一步的，所述联产装置包括冷凝器及生物油收集瓶，收集热解过程中产生的富氮生物油。
[0016]采用上述联产装置进行金属铜修饰生物质基活性炭以及高值含氮化学品的制备方法，包括如下步骤：
[0017](1)热解准备阶段：向炉排热解炉通入惰性气体，使热解炉中充分预热；
[0018](2)初次热解阶段：螺旋给料机进给农林废弃物及氮源混合粉末，以
[0019]3～5℃/min的升温速率升温至300～400℃，并在该温度下维持1h；
[0020](3)活化准备阶段：所得到成品富氮生物质与氯化锌以2:1～1:1的比例混
[0021]合并转移至管式炉；
[0022](4)活化阶段：富氮生物质与氯化锌混合置于立式管式炉中以3℃/min的升温速率升温至700～900℃，保持1h；
[0023](5)清洗阶段：活化阶段所得生物质转移至酸洗塔在2mol/L盐酸下进行
[0024]酸洗，之后用去离子水将活性炭清洗至中性；
[0025](6)修饰准备阶段：将清洗完毕的活性炭输送至干燥装置中，并通过给
[0026]料机向其中加入一定量醋酸铜，充分混合干燥后将粉末转移回管式炉；
[0028](7)修饰阶段：上述过程得到成品以10℃/分钟的加热速率在300～400℃
[0029]下煅烧2小时，获得金属铜修饰生物质基活性炭。
[0030](8)生物油收集过程：在初步热解阶段中得到的生物质生物油通过冷凝
[0031]器收集于瓶中，得到富氮生物油。
[0032]进一步的，制备好的金属铜修饰生物质基活性炭材料拥有较高的比表面积，以及优秀的孔隙结构，同时由于铜离子的修饰于活性炭表面，在电化学反应中，活性炭通过铜离子的法拉第氧化还原反应可以得到优异的电化学性能，包括高电容量以及优秀的循环稳定性，使得该活性炭可以应用于超级电容器的电容极片制作等领域；同时，所得到的富氮生物
油可进一步提纯制备富氮化学品。
[0033]相比于现有技术，本专利技术的优点及效果为：
[0034](1)农林废弃物甘蔗渣、榕树枝、藻类、白千层树皮等农林废弃物作为
[0035]生物质碳源，具有价格低廉、收集方便、来源广泛等特点，原料处理所需要的工艺也相对简单。
[0036](2)通过共热解，将农林废弃物与外加氮源在一定比例下混合，氮源在热解过程中释放的富氮物质会被生物质氮源在热解过程中所产生的糠醛基类物质捕获，在生物碳结构中进一步构成稳定且丰富的富氮官能团，并固定在生物炭中形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种联产生物质基多孔炭及高值含氮化学品的方法，其特征在于，为以农林废弃物作为碳源，加入额外氮源，两者混合均匀后通过慢速共热解得到富氮生物炭，通过冷凝装置收集得到高值含氮生物油；所述富氮生物炭与氯化锌在高温下通过一步法活化产生活性炭；将所得活性炭与醋酸铜混合后在低温下进行煅烧，以金属铜修饰活性炭以引入赝电容特性，得到拥有优秀孔隙结构以及电化学特性的生物质基活性炭；将所得活性炭经过清洗、干燥后得到金属铜修饰多孔炭材料。2.如权利要求1所述联产生物质基多孔炭及高值含氮化学品的方法，其特征在于，所述农林废弃物干燥粉碎后过80目筛；所述农林废弃物与外加氮源质量比例为2:1～1:1。3.如权利要求1所述联产生物质基多孔炭及高值含氮化学品的方法，其特征在于，生物质和氮源在混合均匀后置于管式炉中进行低温共热解，在惰性气体氮气的保护下，以3～5℃/min的升温速率升温至300～400℃，并在该温度下维持1h，得到富氮生物炭。4.如权利要求1所述联产生物质基多孔炭及高值含氮化学品的方法，其特征在于，活化阶段富氮生物质与氯化锌混合置于立式管式炉中以3℃/min的升温速率升温至700～900℃，保持1h；活化后的活性炭经过酸洗、水洗以及干燥后与醋酸铜混合并在空气气氛中以10℃/分钟的加热速率在300～400℃下煅烧2小时。5.如权利要求4所述联产生物质基多孔炭及高值含氮化学品的方法，其特征在于，活化阶段富氮生物质与氯化锌的质量比例为2:1～1:1。6.如权利要求4所述联产生物质基多孔炭及高值含氮化学品的方法，其特征在于，在二次处理管式炉中加入醋酸铜，使醋酸铜与活性炭以1:10～1:5的质量比例混合并进行金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓茜，张宇靖，余昭胜，陆昶兴，张息奎，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：