一種小麥秸稈生物炭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物炭制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種小麥秸桿生物炭的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物炭(b1char)是指生物質(zhì)在缺氧或無氧條件下形成的穩(wěn)定的富碳固體。研宄表明，向土壤中添加生物炭，可提改善土壤肥力，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，同時(shí)，生物炭在土壤中的施用可抑制溫室氣體的釋放，減少農(nóng)藥在土壤中的擴(kuò)散和在動(dòng)植物體內(nèi)的積累。另外，生物炭對(duì)污染物具有吸附作用，向污染水體中添加生物炭可改良水質(zhì)、修復(fù)水體污染。因此，將廢棄生物質(zhì)炭化成生物炭，被認(rèn)為是一種能有效固碳和生物質(zhì)資源化的方法。
[0003]生物質(zhì)的炭化技術(shù)可分為熱解炭化和水熱炭化兩種。其中熱解炭化是指生物質(zhì)在惰性氣氛下，加熱到較高溫度，如550?1300°C，停留一段時(shí)間從而發(fā)生炭化的方法；水熱炭化則以水為介質(zhì)，密閉體系中，在一定溫度下，如130?350°C，水自產(chǎn)生壓力或惰性氣體加壓下，生物質(zhì)經(jīng)脫水、脫羧等復(fù)雜反應(yīng)，發(fā)生炭化轉(zhuǎn)化成生物炭的過程。其中，水熱炭化可直接處理含水率較高的原料；反應(yīng)介質(zhì)清潔且反應(yīng)條件較溫和，設(shè)備操作簡(jiǎn)便，且有助于保留生物質(zhì)表面的含氧、含氮官能團(tuán)，是一種綠色的制備生物炭材料的理想方法。
[0004]稻桿是一類常見的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢料，小麥稻桿是最為常見的農(nóng)作物稻桿之一。小麥?zhǔn)俏覈?guó)最重要的糧食作物之一，種植范圍非常廣泛，從平原到海拔4000米的高原均有種植。然而，目前小麥秸桿的利用率普遍不高，僅一小部分用于飼料或造紙外，大多被廢棄在田間或直接燃用、焚燒。秸桿焚燒會(huì)帶來極為嚴(yán)重的大氣污染，如增加空氣中二氧化碳的含量和可吸入顆粒物，降低空氣能見度等，已被許多大城市明令禁止。
[0005]基于上述考慮，本發(fā)明提出了一種以小麥秸桿為原料采用水熱炭化制備麥秸生物炭的方法，旨在提供一種新型的小麥秸桿循環(huán)利用方式，減少污染，提高小麥秸桿附加值，實(shí)現(xiàn)增匯減排，制得的產(chǎn)品還可用于改良土壤或水體環(huán)境的修復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種小麥秸桿生物炭的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，提高了小麥秸桿的綜合利用率和附加值，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的小麥秸桿生物炭的制備方法包括以下步驟:
將小麥秸桿粉碎，與水混合，然后導(dǎo)入水熱反應(yīng)釜進(jìn)行水熱炭化反應(yīng)，所述小麥秸桿與水的固液比為lkg:5L?lkg: 15L ；
將水熱炭化反應(yīng)的產(chǎn)物冷卻，過濾分離，干燥后得到小麥秸桿生物炭。
[0008]進(jìn)一步的，還包括小麥秸桿的預(yù)處理步驟:去除小麥秸桿殘根，清除表面泥土和雜物。
[0009]優(yōu)選的，采用秸桿破碎機(jī)將小麥秸桿粉碎。
[0010]優(yōu)選的，所述水熱炭化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為160 0C?280 °C。
[0011]優(yōu)選的，所述的水熱炭化反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為2 h?14 h。
[0012]優(yōu)選的，冷卻溫度為80 °C以下。
[0013]優(yōu)選的，過濾分離得含水率為20 wt%?30 wt%的固態(tài)產(chǎn)物。
[0014]優(yōu)選的，所述過濾分離采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行。
[0015]進(jìn)一步的，干燥步驟包括將固態(tài)產(chǎn)物置于陽(yáng)光下曬干，然后置于干燥通風(fēng)處進(jìn)一步風(fēng)干。
[0016]優(yōu)選的，所述小麥秸桿生物炭的含水率在10 %以下。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明提供了一種小麥秸桿生物炭的制備方法，包括:將小麥秸桿粉碎，與水混合，然后導(dǎo)入水熱反應(yīng)釜進(jìn)行水熱炭化反應(yīng)，所述小麥秸桿的質(zhì)量與水的體積的比例為lkg:5L?lkg:15L ;將水熱炭化反應(yīng)的產(chǎn)物冷卻，過濾分離，干燥后得到小麥秸桿生物炭。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過水熱炭化將小麥秸桿轉(zhuǎn)變?yōu)樯锾?，提供了一種新的小麥秸桿的利用方式，提高了小麥秸桿的利用率和附加值，增加了經(jīng)濟(jì)效益，且有利于碳素的固定和減少二氧化碳的排放，具有良好的生態(tài)效益和社會(huì)效益。另外，本發(fā)明中小麥秸桿原料無需預(yù)處理，水熱反應(yīng)介質(zhì)綠色、反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，能耗少、成本低；制得的麥秸生物炭產(chǎn)品可用于改良土壤或修復(fù)水體環(huán)境，應(yīng)用前景廣闊。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備小麥秸桿生物炭的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0020]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種小麥秸桿生物炭的制備方法，包括以下步驟:
將小麥秸桿粉碎，與水混合，然后導(dǎo)入水熱反應(yīng)釜進(jìn)行水熱炭化反應(yīng)，所述小麥秸桿的質(zhì)量與水的體積的比例為lkg:5L?lkg:15L ;將水熱炭化反應(yīng)的產(chǎn)物冷卻，過濾分離，干燥后得到小麥秸桿生物炭。
[0021]在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了小麥秸桿的綜合利用，提高了附加值，且能固碳減排，得到了可用于環(huán)境污染修復(fù)的產(chǎn)品，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0022]作為優(yōu)選方案，本發(fā)明還包括小麥秸桿的預(yù)處理步驟:去除小麥秸桿殘根，清除表面泥土和雜物。
[0023]作為優(yōu)選方案，本發(fā)明采用秸桿破碎機(jī)將小麥秸桿粉碎，得到小顆粒與小塊狀原料，有利于與水進(jìn)行水熱炭化反應(yīng)。
[0024]作為優(yōu)選方案，將質(zhì)量、體積比為lkg:5L?lkg: 15L范圍內(nèi)的小麥秸桿與水導(dǎo)入水熱反應(yīng)釜進(jìn)行水熱炭化反應(yīng)，具體為:將小麥秸桿與水混合，導(dǎo)入水熱釜，密閉，確保水熱釜的密閉性后加熱。所述水熱炭化反應(yīng)的反應(yīng)溫度優(yōu)選為160 °C? 280 °C，更優(yōu)選為2000C?240 0C ;所述的水熱炭化反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為2 h?14 h，更優(yōu)選為5 h?10 h。
[0025]本發(fā)明采用水熱炭化技術(shù)制備小麥秸桿生物炭，工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫和，制備過程綠色環(huán)保且能夠有效拓展小麥秸桿利用的新途徑，對(duì)于提高小麥秸桿的利用率和附加值具有重要的意義。
[0026]作為優(yōu)選方案，冷卻水熱反應(yīng)釜至80°C以下，之后采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行過濾分離，過濾分離優(yōu)選得含水率為20 wt%?30 wt%的固態(tài)產(chǎn)物。
[0027]作為優(yōu)選方案，干燥優(yōu)選為將上述固態(tài)產(chǎn)物置于陽(yáng)光下自然曬干，然后置于干燥通風(fēng)處進(jìn)一步風(fēng)干，得到小麥秸桿生物炭的含水率在10 %以下。
[0028]從以上方案可以看出，本發(fā)明利用小麥秸桿為原料，在小麥?zhǔn)斋@后，將殘留的小麥秸桿回收、粉碎，與水混合置于水熱釜中，經(jīng)水熱炭化形成麥秸生物炭產(chǎn)品。該方法提高了產(chǎn)品的綜合利用率，過程綠色環(huán)保、耗能低，實(shí)現(xiàn)了固碳減排和資源的循環(huán)利用，具有明顯的生態(tài)效益；另外，該法成本較低，提高了小麥秸桿的經(jīng)濟(jì)效益，并具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
[0029]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
[0030]實(shí)施例1:
如圖1所示，小麥秸桿生物炭按照如下步驟制備:
步驟一、小麥秸桿的回收、預(yù)處理:小麥?zhǔn)斋@后，將殘留的小麥秸桿回收，清除小麥秸桿表面泥土和雜物；
步驟二、小麥秸桿的粉碎:將小麥秸桿粉碎，得到小顆粒與小塊狀原料(長(zhǎng)度小于Icm)，儲(chǔ)存，備用；
步驟三、小麥秸桿的水熱炭化:將小麥秸桿與水混合，導(dǎo)入水熱釜，確保水熱釜密閉，加