[发明专利]生物炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质的资源化利用，具体涉及利用入侵植物和绿化垃圾生产生物炭的方法。

背景技术

生物炭是生物质在无氧或低氧状态下热解后残余的富碳固体副产物。近年来，由于生物炭显著的环境和社会效益，引起了全世界范围内的广泛兴趣和极大关注。由于其碳含量高且空隙结构发达，抗腐蚀性好，可保持水分、养分，吸附有机物、重金属等污染物，是一种理想的土壤改良剂和吸附剂。生物炭的应用可带来四方面的环境效益：减缓温室效益、改良土壤、提高农作物产率、减轻环境污染。生物炭经过热解后，大部分组分为碳，性质稳定，不易分解，减少了生物质腐烂变质或焚烧产生CO₂和CH₄等温室气体，有利于缓解温室效应。生物炭氮、磷含量较高，它的孔洞结构也十分容易聚集营养物质和有益微生物，以及保持水分，从而减少化肥的使用，同时可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有持续性。生物炭发达的孔隙结构和丰富的表面官能团，使其对有机物和重金属（尤其是重金属）都有较好的去除效果，是一种理想的吸附剂。

生物炭的原料种类繁多，包括树叶、农作物残余物、污泥、生活垃圾等，导致其制备条件也多种多样。虽然原料种类繁多，但是大都具有分布极为分散、大范围收集、形态各异、季节性、周期性、受潮易腐烂等特点，导致运输成本大、储存空间和成本高。因此寻求合适的原料和制备方法具有现实意义和商业化前景。

本发明旨在利用不同生物质混合来制备生物炭，解决其原料来源分布分散、不易收集、季节性、周期性、不易储存等缺点。主要利用两种类型的生物质入侵植物、绿化垃圾，按其成熟的季节性以不同比例混合制备生物炭。

入侵植物利用的是互花米草，起源于北美洲大西洋海岸和墨西哥湾，适宜生活于潮间带。1979年引入我国，用于保滩护岸、促淤造陆，但由于其强大的繁殖能力和良好的耐受性，现已广泛分布于中国沿海各省市，对我国沿海滩涂地区的生物多样性、景观结构、近海养殖和海水水质造成了明显的损害和影响，2003年被国家环保局列入我国首批16种入侵种黑名单。互花米草为多年生禾本科高杆型草本植物，其含有丰富的纤维素（30～35%）、半纤维素(35～40%)、木质素(18～20%)，四季生物量都较为稳定，尤其是其成熟期（8～12月）产量更大。现在对互花米草还没有较好的控制方法，利用研究也处于起步阶段，将其制备成生物炭可充分利用其巨大的生物量，变害为宝，产生良好的环境、经济和社会效益。

绿化垃圾是指城市绿化美化和郊区林业抚育、果树修剪过程中产生的落叶、树木枝干等。随着城市绿化面积的逐渐扩大，园林绿化废弃物也急剧增加，每个月都有大量绿化垃圾产生，尤其是秋季落叶和枯枝数量剧增。焚烧和填埋等传统处理方式不仅易造成环境污染，还占用土地。今年来兴起的处理方式——堆肥，虽然可以实现循环利用，但是其处理周期长，土地占用率较高。如果能将这些绿化垃圾制备成生物炭，不但可以循环利用，而且其处置方法周期短、简单易行、经济效益高。

因此，以这两种生物质作为原材料制备生物炭，原料产量巨大、廉价易得，不但解决了生态环境问题，还克服了其来源季节性、周期性的缺点。制得的生物炭用途广泛，可作为土壤改良剂和吸附剂，促进了资源的循环利用，有利于生态、经济和社会的协调发展。

发明内容

本发明是为了有效利用入侵植物、绿化垃圾这两种生物质，提供以互花米草、树叶树枝为原料，对环境污染小、可充分利用其资源，以及工艺简单、经济的生物炭制备方法，获得质优价廉的新型生物炭。

新型生物炭的制备方法阐述如下：

1) 互花米草去根，将互花米草、绿化垃圾清洗干净，烘干，粉碎，过20～100目筛备用；

2) 将两种生物质按照一定质量比混合置于电炉内，在300～600℃下50～150ml/min的氮气保护下热解1～5小时，冷却至室温，研磨，过50～150目筛；

3) 将碳化粉末先用按体积比1:1混合的（0.5～1mol/L）HCl和(0.5～1mol/L)HF清洗2～4次，最后用去离子水清洗至中性pH。烘干，既得新型生物炭。

一种优化的条件如下所述：

上述步骤1中，烘干温度为100～120℃，烘干10～30h,过50～100目筛；

上述步骤2中，氮气速率为80～120mL/min，升温速率5～10℃/min升至350～450℃，恒温热解1.5～2.5h；

上述步骤2中，冷却时可在40～80mL/min氮气气氛中加速冷却，且防止高温氧化；