【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物质能源制取，具体涉及一种熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法。
技术介绍
1、生物质热转化能够将生物质(包括木材、农林废弃物、微藻、市政污泥等)通过热化学过程转化为燃料、生物炭、化学品和其他有用产品。生物质热转化旨在减少对化石燃料的依赖，降低二氧化碳排放，并促进可再生能源的利用。其中生物质气化和生物质炭化能够获取可燃气体和生物炭，实现资源的循环利用。生物质气化是将生物质在高温下(通常超过700℃)分解为可燃气体(如一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳)和灰分的过程。生物质炭化是将生物质在高温(300-800℃)下分解为固体碳和气体的过程。生物炭在农业、土壤改良和环境治理等领域有广泛应用。
2、但是生物质热转化也面临瓶颈问题，其中最主要的就是转化成本高与产品价值低。例如生物质气化过程中产生的燃气品质往往较低，含有较多的杂质和有害物质。这限制了燃气在高端应用(如发电、化工原料等)中的使用。生物质炭化生产的生物炭孔隙结构不发达，功能性差。采用催化剂可以有效增强生物质热转化产品品质，但是高温转化过程易导致催化剂烧结以及积碳失活。另外，由于生物质组成复杂，含有多种元素，热转化过程中不可避免会排放二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物。这些二次排放严重影响转化过程的清洁生产和碳中和目标的实现。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，有效解决了现有生物质热转化工艺中能耗高、产物品
2、为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，包括以下步骤：
3、s1、将含有氧离子的盐升温至完全熔化，得熔盐电解质；
4、s2、将生物质干燥后固定在两电极体系中的阳极表面，然后将阴极和阳极置于熔盐电解质液面以下，进行电解，阳极获得可燃气和生物炭，阴极获得纳米碳材料。
5、进一步，步骤s1中，氧离子来源于添加的金属氧化物或熔盐电解质自身在高温下电离。
6、进一步，氧化物为氧化锂、氧化钠、氧化钾和氧化钙中的至少一种。
7、采取上述进一步方案的有益效果是：添加的金属氧化物和高温电离下的熔盐电解质一起提供氧离子。
8、进一步，盐为碳酸盐或氯化物盐。
9、进一步，碳酸盐为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙中的至少一种。
10、进一步，氯化物盐为氯化锂、氯化钠、氯化钾和氯化钙中的至少一种。
11、进一步，熔盐电解质为碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的碳酸盐的混盐。
12、进一步，碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的摩尔比为43.5:31.5:25。
13、进一步，先以3-8℃/min升温至250-350℃并保温20-30h，然后以5-15℃/min升温至400-1000℃并保温25-35min。
14、进一步，先以5℃/min升温至300℃并保温24h，然后以10℃/min升温至400-1000℃并保温30min。
15、进一步，步骤s2中，生物质为农林废弃物、餐厨垃圾、畜禽粪便和微藻中的一种。
16、进一步，将生物质在60-100℃下干燥至含水量为5-10％。
17、进一步，生物质通过泡沫金属固定在阳极表面。
18、进一步，泡沫金属为泡沫镍、泡沫镍合金、泡沫铝、泡沫铝合金、泡沫铜和泡沫铜合金中的一种。
19、进一步，两电极体系中，阳极电极材料为金、银、铂、镍、铜、镍铁合金、镍铁铜合金、二氧化钌、镍掺杂的氧化钇稳定氧化锆、钴掺杂的氧化钇稳定氧化锆、铜掺杂的钆掺杂氧化铈、钌掺杂的钆掺杂氧化铈、镧锶锰氧化物和石墨中的一种。
20、进一步，阴极电极材料为金、银、铂、镍、铜、钼、镍铁合金、镍铁铜合金和石墨中的一种。
21、进一步，阳极电极材料和阴极电极材料的结构为片状结构或网状结构。
22、进一步，采用恒槽压或恒电流的方式进行电解。
23、进一步，恒槽压为1.5-5v，恒电流为0.05-2a。
24、综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
25、1、本专利技术首次在熔盐电解质环境中，热化学和电化学同时耦合作用转化生物质材料，生物质同时发生热化学反应和电化学反应。利用熔盐介质的催化能力和阳极氧化电位，提升生物质热电化学耦合转化气相产物品质；同时借助阳极氧化效应，原位转化生物炭中碳元素，将固体碳转变为碳氢化合物或二氧化碳，丰富生物炭孔隙结构，增强生物炭功能性。阳极氧化作用还可以巧妙地消除生物质转化界面上的积碳，有利于生物质转化界面，即电极-生物质-熔盐构成的三相反应界面的持续更新和长期稳定。
26、2、本专利技术还利用熔盐原位捕集转化污染物的能力，将热转化过程产生的二氧化碳原位捕获为碳酸根离子，随后通过电化学还原过程以纳米固体碳的形式固定，避免了二氧化碳的排放。获得的纳米碳材料组成结构可以调控，可以通过调控电极材料获取碳纳米管、碳纳米线、石墨片等结构，往往具有高附加值，可以降低整个生产过程的成本。利用熔盐溶解能力，消除硫氧化物、氮氧化物等二次污染排放。
27、3、本专利技术提供的方法利用富含氧离子的熔盐作为电解质，借助熔盐具有催化能力的特点，生物质在阳极上发生热电化学耦合反应转化为生物炭、可燃气体、二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物等。阳极的电化学氧化作用可以消耗生物炭中部分碳元素，增强生物炭孔隙率。随后借助熔盐介质高效的溶解能力，产生的二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物被电解质中的氧离子原位捕获形成碳酸根离子、硫酸根离子、硝酸根离子，消除二次污染排放。碳酸根进一步可以在阴极电化学还原为固体的纳米碳材料，并释放出氧离子，保证熔盐电解质组分稳定。该方法巧妙地利用含有氧离子的熔盐电解质催化热转化、捕集二氧化碳的能力，将生物质电化学裂解为在阳极产生生物炭和可燃气，阴极生产的纳米碳材料，阳极的氧化作用和熔盐的液相环境消除了界面的积碳风险、增强了生物炭孔隙率以及避免了全过程中的二次排放排放。有效解决了现有生物质热转化工艺中，能耗高、产物品质低、二氧化碳等二次排放严重以及催化剂易积碳失活等方面的不足。
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1.熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤S1中，所述氧离子来源于添加的金属氧化物或熔盐电解质自身在高温下电离，所述金属氧化物为氧化锂、氧化钠、氧化钾和氧化钙中的至少一种。
3.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤S1中，所述盐为碳酸盐或氯化物盐；所述碳酸盐为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙中的至少一种；所述氯化物盐为氯化锂、氯化钠、氯化钾和氯化钙中的至少一种。
4.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤S1中，先以3-8℃/min升温至250-350℃并保温20-30h，然后以5-15℃/min升温至400-1000℃并保温25-35min。
5.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤S2中，所述生物质为农林废弃物、餐厨垃圾、畜禽
6.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤S2中，将生物质在60-100℃下干燥至含水量为5-10％。
7.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤S2中，所述生物质通过泡沫金属固定在阳极表面，所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫镍合金、泡沫铝、泡沫铝合金、泡沫铜和泡沫铜合金中的一种。
8.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤S2中，所述两电极体系中，阳极电极材料为金、银、铂、镍、铜、镍铁合金、镍铁铜合金、二氧化钌、镍掺杂的氧化钇稳定氧化锆、钴掺杂的氧化钇稳定氧化锆、铜掺杂的钆掺杂氧化铈、钌掺杂的钆掺杂氧化铈、镧锶锰氧化物和石墨中的一种；阴极电极材料为金、银、铂、镍、铜、钼、镍铁合金、镍铁铜合金和石墨中的一种。
9.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤S2中，采用恒槽压或恒电流的方式进行电解。
10.如权利要求9所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，所述恒槽压为1.5-5V，所述恒电流为0.05-2A。
...【技术特征摘要】
1.熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤s1中，所述氧离子来源于添加的金属氧化物或熔盐电解质自身在高温下电离，所述金属氧化物为氧化锂、氧化钠、氧化钾和氧化钙中的至少一种。
3.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤s1中，所述盐为碳酸盐或氯化物盐；所述碳酸盐为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙中的至少一种；所述氯化物盐为氯化锂、氯化钠、氯化钾和氯化钙中的至少一种。
4.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤s1中，先以3-8℃/min升温至250-350℃并保温20-30h，然后以5-15℃/min升温至400-1000℃并保温25-35min。
5.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物质联产可燃气-生物炭和纳米碳材料的方法，其特征在于，步骤s2中，所述生物质为农林废弃物、餐厨垃圾、畜禽粪便和微藻中的一种。
6.如权利要求1所述的熔盐电化学裂解生物...
【专利技术属性】
技术研发人员：范泽宇，陈霞，周显，李家正，韩炜，鲁麒，邓闪闪，王媛怡，曹亚，李响，郭文康，向前，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：
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