[发明专利]一种生物质热解油制备海绵状炭材料的方法及产品

说明书

本发明属于生物质能利用领域，并公开了一种生物质热解油制备海绵状炭材料的方法及产品。该方法包括S1选取生物质进行热解，以获取热解油作为原材料，并使用非极性溶剂对所述热解油进行萃取分离，获取水相组分；S2将所述水相组分进行热解；S3将所述S2热解后的产物自然冷却后，收集固体产物，即为海绵状炭材料。本发明还公开了该方法制备获得的海绵状炭材料产品。本发明提供的方法原材料价廉易得，且为可再生资源，实现了生物质热解油向海绵状炭材料的高效转化，且该方法原料适应性强，任何种类的生物质均能使用，无须前处理，且反应条件温和，工序简单，成本低，最终制备的海绵状炭材料应用前景广阔，整体方法经济性高。

技术领域

本发明属于生物质能利用领域，更具体地，涉及一种生物质热解油制备海绵状炭材料的方法及产品。

背景技术

生物质是唯一含碳的清洁可再生资源，可代替石油、煤炭等化石能源用于电力生产、碳材料制备等。开发生物质能有利于优化我国能源供应结构，缓解日益严峻的环境问题。

生物质具有原料分散、收集半径小、运输存储成本高的特点，利用热解技术可以把生物质转化为热解油。热解油能量密度高(通常可达生物质能量密度的10倍)，便于运输和存储。将生物质转化为热解油是生物质能的一种有前景的低成本利用方式。

然而，热解油成分复杂，含氧量高、粘度高、热稳定性差，受热时极易产生焦炭，而积碳是热解油高效利用所面临的重要挑战。例如，在热解油催化裂解或加氢提质过程中，积碳的形成会堵塞反应器，覆盖催化剂活性位或填充催化剂孔道结构而使催化剂失活；在生物质气化反应系统下游，积碳或结焦容易堵塞管道，造成运行事故，增加维护成本。在燃烧过程中，热解油在进入锅炉燃烧前聚合形成的积碳会造成喷嘴堵塞等问题。显然，热解油受热过程中积碳问题是阻碍热解油规模化利用的瓶颈之一。

现有技术中，大量研究与工艺都致力于解决热解油利用过程的结焦问题。目前，一种新的技术方向是利用热解油易结焦的特性，直接将热解油应用于炭材料制备，如制备碳纤维、纳米碳材料等。但由于热解油成分复杂、品质差，导致现有技术难度大，成本高，商业化难度较大。因此，亟需一种新的技术方案，既能避免结焦的不利影响，又能实现热解油的高效低成本利用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明将热解油结焦特性作为一种可利用的有益特性，正确利用热解油的结焦特性以制备海绵状炭材料，是一种全新的技术路线，可避免热解油热转化过程中的结焦问题，亦可实现热解油向炭材料的高效转化。

为实现上述目的，本发明提出了一种生物质热解油制备海绵状炭材料的方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1选取生物质进行热解，以获取热解油作为原材料，并使用非极性溶剂对所述热解油进行萃取分离，获取水相组分；

S2将所述水相组分进行热解，进而使得所述水相组分在催化剂的催化作用下发生的交联共聚反应，产生固态焦炭；

S3将所述固态焦炭自然冷却后，收集固体产物，即为海绵状炭材料。

进一步的，步骤S1中，所述生物质为木质纤维素类生物质。

进一步的，步骤S1中，所述生物质热解的温度为450℃～550℃，且所述生物质热解的升温速率不小于50℃/s；优选的，所述生物质热解的温度为500℃。

进一步的，步骤S1中，所述非极性溶液与所述热解油的质量比不小于5:1，优选的，所述非极性溶液与所述热解油的质量比为30:1～10:1，进一步优选的，所述非极性溶液与所述热解油的质量比为20:1。

进一步的，步骤S2中，所述水相组分热解的温度为300℃～500℃，且所述水相组分热解的升温速率为10℃/s～50℃/s；优选的，所述水相组分热解的温度为400℃，所述水相组分热解的升温速率为30℃/s。