[发明专利]一种生物炭及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种生物炭及其制备方法与应用。它的制备方法，包括如下步骤：将农业废弃物风干后除去杂质，然后依次进行粉碎、烘干和炭化，即得到生物炭。本发明方法简单，原料廉价易得，生物炭的产率高，农业废弃物的能量可回收用于反应本身、产物更清洁、可连续生产。

技术领域

本发明涉及一种生物炭及其制备方法与应用，属于环保型肥料生产技术领域。

背景技术

高投入、高产出的设施农业近年来得到迅猛发展，截止2008年底，我国已成为设施栽培面积最大的国家。由于设施农业的高度集约化栽培，使得棚室内病虫害严重发 生，土壤酸化加重，养分失调，出现次生盐渍化等一系列土壤质量退化及连作障碍问 题。我国是一个农业大国，拥有丰富的植物生物质资源，仅农作物秸秆等生物质资源 每年产生的总量已超过10亿吨(花莉等，2011)。农业生产中产生的秸秆除少部分通过 还田、氨化、青贮、发酵及用于食用菌培养基等方式被有效利用外，绝大部分被焚烧， 这不仅造成环境的污染还导致了资源的浪费。

生物炭是含碳丰富物质，通常由木头，畜禽粪便或落叶等生物质材料在缺氧或低氧的环境中经过低温(<700℃)热解产生的固态物质，具有高度的热稳定性和较强的 吸附特性(Lehmann et al,2009)。根据生物炭的形成过程与原理，可将其分为高温裂解 过程和水热炭化过程，前者的固体产物称为干生物炭(Pyrochar)，后者称为湿生物炭(Hydrochar)。通常，湿生物炭中含碳量较低，芳环结构少，稳定性低(Libra et al,2011)，但是综合考虑生产原料和获得产量，湿生物炭的生产制备是一种高产高效的能源利用 模式(Mumme et al,2011)。生物质原材料在炭化炉缺氧的环境中发生热裂解反应，产 生的烟气经分离处理可以得到木醋液、生物油和可燃气体3种产品，反应的固体剩余 物质即为生物炭(张忠河，2010)。生物质原材料转变为生物炭需经过一系列热化学过 程，主要为裂解、炭化和气化三个过程。生物炭有3种制备方式，分为集中式、分散 式和流通式；热裂解技术的发展促进了生物炭的生产，常采用低温限氧炭化法进行热 解，根据反应条件的不同，可以将热裂解分为三种方式，分别为快速、中速和慢速热 裂解。目前国内外制备生物炭的技术的批式制备为传统制炭方法，具有设备简单、成 本低、易于实施等优点，但是这种方法的产率低、热量无法回收并会产生新污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物炭及其制备方法与应用，本发明方法简单，原料廉价易得，生物炭的产率高，农业废弃物的能量可回收用作原料、产物更清洁、可连续 生产。

本发明提供的生物炭的制备方法，包括如下步骤：将农业废弃物风干后除去杂质，然后依次进行粉碎、烘干和炭化，即得到生物炭。

上述的制备方法中，所述农业废弃物为玉米秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆、南瓜秸秆、圣女果秸秆、桃树修剪枝条和菌棒中的至少一种。

本发明中，所述菌棒为本领域常见的各种菌菇的废弃菌棒，如栽培平菇、香菇的废弃菌棒。

上述的制备方法中，所述农业废弃物粉碎后的长度可为1～2cm。

上述的制备方法中，所述烘干的温度可为55～65℃，具体可为60℃、55～60℃或60～65℃；所述烘干的时间可为10～12h，具体可为12h或11～12h。

上述的制备方法中，所述炭化的温度可为300～700℃；所述炭化的的时间可为100～150分钟，具体可为120分钟、100～120分钟、120～150分钟或110～140分钟。

上述的制备方法中，所述碳化后还包括粉碎过筛的步骤。

上述的制备方法中，所述粉碎过筛的目数可为80～120目，具体可为100目、80～100 目、100～120目或90～110目。

本发明中，上述的制备方法制得的所述生物炭产率可为30％～50％；