[发明专利]一种基于低温冷冻快速扩孔生物炭的装置及方法

权利要求书

1.一种基于低温冷冻快速扩孔生物炭的装置，其特征在于，包括真空反应罐、扩孔剂注入器、电加热装置、真空泵和臭氧发生器；

所述真空反应罐包括罐体和罐盖，罐体放置在电加热装置上，罐盖放置在罐体上、且通过紧固螺栓与罐体密封固定；罐盖上设有压力表和气孔，压力表用于监测罐体内的气压值，气孔处装有真空阀，真空阀通过管路与三通阀的其中一个端口连接，三通阀的另外两个端口分别通过管路与真空泵和臭氧发生器连接，真空泵用于对罐体内抽真空，臭氧发生器用于向罐体内注入臭氧；

所述罐体内装有石英内罐，石英内罐用于盛放待处理试样；罐体侧部开设注入孔，注入孔处装有扩孔剂注入阀，扩孔剂注入阀通过管路与扩孔剂注入器连接。

2.根据权利要求1所述基于低温冷冻快速扩孔生物炭的装置，其特征在于，所述三通阀与真空泵之间的管路为真空管。

3.根据权利要求1所述基于低温冷冻快速扩孔生物炭的装置，其特征在于，所述罐体的材质为不锈钢。

4.一种根据权利要求1所述基于低温冷冻快速扩孔生物炭装置的工作方法，其特征在于，具体步骤为：

A、选择一定量的生物炭作为待处理试样放置到石英内罐中，石英内罐放置到罐体内，将罐盖与罐体通过紧固螺栓密封固定，然后将罐体放置到电加热装置上，完成装置的布设工作；

B、先设定第一气压值，然后关闭扩孔剂注入阀并打开真空阀，调节三通阀使真空阀与真空泵处于连通状态；开启电加热装置对罐体进行加热，直至罐体温度达到60～100℃时进行保持，然后开启真空泵对罐体内进行抽真空，通过压力表观察罐体内的实时气压，当罐体内的实时气压值降低至第一气压值时，停止真空泵工作并保持该真空状态；持续40～60min后关闭电加热装置，完成对待处理试样的真空干燥过程；

C、设定第二气压值，开启臭氧发生器并调节三通阀使真空阀与臭氧发生器处于连通状态，此时真空阀与真空泵处于断开状态；臭氧发生器向罐体内充入臭氧，通过压力表观察罐体内的实时气压，当罐体内的实时气压值升高至第二气压值时，停止臭氧发生器工作使罐体内保持该气压值；持续4～6min对待处理试样进行臭氧氧化；

D、完成臭氧氧化后，调节三通阀使真空阀与真空泵处于连通状态，此时真空阀与臭氧发生器处于断开状态，再次开启真空泵对罐体内进行抽真空，通过压力表观察罐体内的实时气压，当罐体内的实时气压值降低至第一气压值时，停止真空泵工作并关闭真空阀，使罐体内气压处于第一气压值；

E、将乙醇与纯水按照1:(20～80)混合均匀后制成扩孔剂，打开扩孔剂注入阀，通过扩孔剂注入器将制成的扩孔剂注入罐体内，使其与待处理试样充分接触；完成后关闭扩孔剂注入阀；

F、将罐盖与罐体分离，然后将石英内罐从罐体内取出并放入超低温冰箱内，启动超低温冰箱使内部温度急速降低到-18～-196℃，当温度低于扩孔剂的结冰温度时，扩孔剂相变成固态冰，进而使相变后的扩孔剂对待处理试样的孔隙进行扩孔，持续3～7min；

G、将待处理试样从石英内罐中取出，完成生物炭的扩孔过程。

5.根据权利要求4所述基于低温冷冻快速扩孔生物炭装置的工作方法，其特征在于，所述第一气压值为0.01～0.1MPa；第二气压值为0.5～2MPa。