本發(fā)明屬于生物焦炭活化技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化方法。

背景技術(shù)：

生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，可同時生產(chǎn)高熱值化的生物燃?xì)狻⑸锝固?、木焦油和木醋酸，?jīng)濟(jì)效益顯著，大力促進(jìn)了生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。作為生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)三大產(chǎn)品之一的生物質(zhì)焦炭是一種廉價的吸附劑，可應(yīng)用于水處理、污染土壤修復(fù)、空氣凈化、co2捕集、煙氣脫硫脫硝等領(lǐng)域，工業(yè)用途廣泛。改善生物焦炭的吸附性能，提高其附加值，是推動生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的重要動力。

生物焦炭的表面特性是影響其吸附性能的重要因素，改善生物焦炭的表面特性是提高其吸附性能的重要手段。目前改善生物焦炭表面特性的方法主要是單一的物理活化或化學(xué)活化方法，常用的物理活化劑有co2及h2o，常用的化學(xué)活化劑為koh、k2co3；此類活化方式僅僅注重提高生物焦炭的比表面積和孔隙率，而忽略了其表面化學(xué)特性，對其吸附性能的改善程度不高。因此，尋求更為高效的方法對生物焦炭進(jìn)行活化處理是本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化方法，其可實現(xiàn)一步活化過程中同時改善生物焦炭的表面物理化學(xué)特性，可制備孔隙率發(fā)達(dá)、含氮官能團(tuán)豐富、吸附性能好的生物焦炭，具有原料廉價易得，工藝簡單，產(chǎn)品適應(yīng)性廣的優(yōu)點，制備的生物焦炭適用于水處理、污染土壤修復(fù)、空氣凈化、co2捕集、煙氣脫硫脫硝等領(lǐng)域。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化方法，其包括以下步驟：

(1)將生物焦炭從用于進(jìn)行活化的活化室的頂部送入該活化室中，該生物焦炭在自身重力以及設(shè)于所述活化室內(nèi)部的活化劑預(yù)混室的旋轉(zhuǎn)帶動下自上而下運動；

(2)將化學(xué)活化劑以及富含物理活化劑的高溫?zé)煔馔ㄈ胨龌罨瘎╊A(yù)混室中進(jìn)行預(yù)混以形成高溫?zé)煔饣罨瘎┗旌衔铮缓髮⒃摶旌衔飶乃龌罨瘎╊A(yù)混室中送入所述活化室中，以為活化過程提供熱量和物理化學(xué)活化劑；

(3)所述生物焦炭在自上而下的運動過程中與所述混合物充分接觸，以此完成整個活化過程。

本發(fā)明以生物焦炭為原料，富含co2高溫?zé)煔夂秃坊虬睆U液的混合物同時作為熱源和物理化學(xué)活化劑，對生物焦炭進(jìn)行物理化學(xué)聯(lián)合活化，在一步活化過程中同時改善生物焦炭的表面物理化學(xué)特性，可制備孔隙發(fā)達(dá)、表面化學(xué)性能優(yōu)良、價格低廉的生物焦炭，并實現(xiàn)大批量用于污染氣體捕集、水體凈化、土壤改良及修復(fù)等領(lǐng)域，該方法原料廉價易得，工藝簡單，產(chǎn)品適應(yīng)性廣。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述生物焦炭為農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)加工廢棄物、藻類、污泥、垃圾中的一種或幾種混合物的熱解或氣化固體殘渣。本發(fā)明通過利用上述廢棄物作為生物質(zhì)制備的原材料，在節(jié)約成本的同時，可實現(xiàn)廢物的高值化利用，減少不可再生資源的消耗。作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述富含物理活化劑的高溫?zé)煔鉃楦缓琧o2的高溫?zé)煔?，具體為co2濃度大于20％，溫度大于700℃的煙氣。本發(fā)明利用該富含co2的高溫?zé)煔庠跐M足物理化學(xué)活化溫度的同時，也提供了足夠的物理活化劑co2。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述化學(xué)活化劑為含胺或氨的廢液，具體為合成有機(jī)胺、無機(jī)氨工藝廢液中的一種或兩者的混合溶液，或者為配置的有機(jī)胺、無機(jī)氨溶液中的一種或兩者的混合溶液。本發(fā)明利用該含胺或氨的廢液作為化學(xué)活化劑，改善生物焦炭表面化學(xué)特性，促進(jìn)其吸附性能，同時將本應(yīng)該耗資處理的廢液，變廢物為寶，作為高性能吸附劑的活化劑。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述有機(jī)胺、無機(jī)氨為脂肪胺、醇胺、酰胺、脂環(huán)胺、芳香胺、萘系胺、氨水、銨鹽。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述化學(xué)活化劑為濃度10％-100％的氨氣，優(yōu)選的，所述化學(xué)活化劑為有機(jī)胺、無機(jī)氨溶液與10％-100％的氨氣的混合物。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述富含co2的高溫?zé)煔夂秃坊虬睆U液的化學(xué)活化劑中co2與胺或氨的物質(zhì)量比為1:1-5:1，優(yōu)選控制在2:1。通過將co2和胺或氨的體積比控制在上述范圍內(nèi)，使得在一步高溫處理過程中同時提高生物焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性能。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述物理化學(xué)聯(lián)合活化的時間為0.5h～2h，優(yōu)選為1h。在該活化時間下，保證物理化學(xué)活化完全的同時，也能減少生物焦炭過度熱反應(yīng)的損失。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述混合物通過所述活化劑預(yù)混室外壁上的氣孔均勻的送入所述活化室中，該外壁上設(shè)置有螺旋翅片。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述氣孔為圓孔，直徑為2mm-10mm，60度錯排，相鄰兩個圓孔間的中心距為兩倍圓孔的直徑。采用此種尺寸及布置方式的氣孔時，保證含有物理化學(xué)活化劑的高溫?zé)煔飧泳鶆虻剡M(jìn)入活化室。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述螺旋翅片的翅高為活化室直徑與預(yù)混室直徑差的3/8，螺距為預(yù)混室長度的1/4-1/8。在該尺寸的螺旋翅片下，滿足改性過程中生物焦炭更加順利的自上而下移動，避免堵塞活化室，達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點：

1.本發(fā)明的生物焦炭活化方法采用富含物理活化劑的高溫?zé)煔馀c化學(xué)活化劑的混合氣同時作為供熱熱源以及物理化學(xué)活化介質(zhì)，實現(xiàn)對生物焦炭的物理化學(xué)特性的一步改性，不僅增加了生物焦炭的比表面積和孔隙率，同時也增加了表面含氮官能團(tuán)，顯著改善其對酸性物質(zhì)的吸附性能；

2.本物理化學(xué)聯(lián)合活化方法中采用富含co2高溫?zé)煔馀c生物焦炭直接接觸供熱，熱量利用率高，同時也利用了煙氣中co2物理活化作用，無需再加物理活化劑，降低了制備成本；

3.本物理化學(xué)聯(lián)合活化方法中采用合成有機(jī)胺、無機(jī)氨工藝中廢液作為化學(xué)活化劑，變污染環(huán)境的廢液為寶，在降低制備成本同時也增強(qiáng)了環(huán)境友好性；

4.本發(fā)明通過活化劑預(yù)混室進(jìn)行物理化學(xué)活化劑的預(yù)混，能夠適用不同活化劑種類，可直接使用氣態(tài)nh3作為化學(xué)活化劑，也可用液態(tài)含氮溶液作為化學(xué)活化劑，同時能夠更精確的控制活化劑的使用比例，使經(jīng)活化處理的生物焦炭具有更佳的表面物理化學(xué)特性；

5.本物理化學(xué)聯(lián)合活化方法制備工藝流程簡短，成本低廉，有利于大批量生產(chǎn)高吸附性能的生物焦炭。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化裝置的剖視圖。

圖中：1.給料器2.外壁3.氣孔4.螺旋翅片5.供熱煙道6.活化劑通道7.出料裝置8.冷卻裝置9.活化劑預(yù)混室10.活化室11.尾部排煙裝置。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化方法，其包括以下步驟：

(1)將生物焦炭從用于進(jìn)行活化的活化室的頂部送入該活化室中，該生物焦炭在自身重力以及設(shè)于所述活化室內(nèi)部的活化劑預(yù)混室的旋轉(zhuǎn)帶動下自上而下運動；

(2)將化學(xué)活化劑以及富含物理活化劑的高溫?zé)煔馔ㄈ胨龌罨瘎╊A(yù)混室中進(jìn)行預(yù)混以形成高溫?zé)煔饣罨瘎┗旌衔铮缓髮⒃摶旌衔飶乃龌罨瘎╊A(yù)混室中送入所述活化室中，以為活化過程提供熱量和物理化學(xué)活化劑；

(3)所述生物焦炭在自上而下的運動過程中與所述混合物充分接觸，以此完成整個活化過程。

具體的，生物焦炭為農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)加工廢棄物、藻類、污泥、垃圾中的一種或幾種混合物的熱解或氣化固體殘渣。

優(yōu)選的，富含物理活化劑的高溫?zé)煔鉃楦缓琧o2的高溫?zé)煔猓唧w為co2濃度大于20％，溫度大于700℃的煙氣，以保證活化過程的活化溫度控制在700℃-900℃，優(yōu)選控制在800℃，而物理化學(xué)聯(lián)合活化的時間優(yōu)選控制在0.5h～2h，優(yōu)選為1h。

進(jìn)一步的，化學(xué)活化劑為含胺或氨的廢液，具體為合成有機(jī)胺、無機(jī)氨工藝廢液中的一種或兩者的混合溶液，或者為配置的有機(jī)胺、無機(jī)氨溶液中的一種或兩者的混合溶液。所述有機(jī)胺、無機(jī)氨優(yōu)選為脂肪胺、醇胺、酰胺、脂環(huán)胺、芳香胺、萘系胺、氨水、銨鹽。

進(jìn)一步的，化學(xué)活化劑為濃度10％-100％的氨氣，優(yōu)選的，化學(xué)活化劑為有機(jī)胺、無機(jī)氨溶液與10％-100％的氨氣的混合物。

更為具體的，富含co2的高溫?zé)煔夂秃坊虬睆U液的化學(xué)活化劑中co2與胺或氨的物質(zhì)量比為1:1-5:1，優(yōu)選控制在2:1。

此外，該方法還包括步驟(4)完成活化處理的生物焦炭冷卻后排出。

圖2為實現(xiàn)本發(fā)明活化方法的活化裝置，如圖2所示，該裝置包括給料器1、供熱煙道5、活化劑通道6、活化劑預(yù)混室9、活化室10，其中給料器1設(shè)置在活化室10頂部，向活化室10內(nèi)提供生物質(zhì)焦炭；所述供熱煙道5位于活化室底部，用于提供作為生物焦炭活化過程中的熱量和物理活化劑的高溫?zé)煔猓凰龌罨瘎┩ǖ?位于活化室底部，為活化過程提供化學(xué)活化劑，優(yōu)選的，活化室10設(shè)計成中空結(jié)構(gòu)；活化劑預(yù)混室9設(shè)于活化室中空結(jié)構(gòu)中，該活化劑預(yù)混室9的外壁2優(yōu)選設(shè)計成圓筒狀，該圓筒狀外壁上有序的設(shè)置有多個氣孔3，高溫?zé)煔夂突瘜W(xué)活化劑首先通入活化劑預(yù)混室9中并在活化劑預(yù)混室9中進(jìn)行預(yù)先混合以形成預(yù)混氣，然后預(yù)混氣通過圓筒狀外壁上的氣孔3進(jìn)入活化室10的中空結(jié)構(gòu)中，該活化劑預(yù)混室9為活化室10提供熱源及均勻、具有特定比例的活化劑混合物；此外，圓筒狀外壁2上焊接有螺旋翅片4，由此使得生物焦炭從頂部進(jìn)入活化室10后，在自身重力及活化劑預(yù)混室9的旋轉(zhuǎn)帶動下，自上而下運動與高溫?zé)煔夂突罨瘎┑念A(yù)混氣充分接觸，以完成活化過程。本發(fā)明通過圓筒狀外壁上設(shè)置的螺旋翅片，使得供給到中空結(jié)構(gòu)中的生物焦炭在自身重力的作用下掉落在螺旋翅片上停留一定的時間，并在活化劑預(yù)混室?guī)酉聦崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)，以此實現(xiàn)自上而下運動以與物理活化劑和化學(xué)活化劑充分接觸，提高活化率。

具體的，活化裝置還包括冷卻裝置8和出料裝置7，該冷卻裝置8和出料裝置7均設(shè)于活化室10的底部側(cè)面，生物焦炭完成活化過程后進(jìn)入冷卻裝置冷卻再經(jīng)出料裝置排出。優(yōu)選的，冷卻裝置設(shè)置在出料裝置的外周，以使得在生物焦炭排出過程中對該生物焦炭進(jìn)行冷卻，冷卻裝置為水冷或空冷裝置，優(yōu)選水冷裝置。具體的，活化裝置還包括尾部排煙裝置11，該尾部排煙裝置11設(shè)置在活化室10的頂部。

優(yōu)選的，供熱煙道向活化劑預(yù)混室內(nèi)提供富含co2的高溫?zé)煔馔瑫r作為活化過程的熱源和物理活化介質(zhì)，該co2作為物理活化介質(zhì)，活化劑通道向活化劑預(yù)混室內(nèi)提供nh3作為化學(xué)活化劑，實際操作時，通過調(diào)節(jié)高溫?zé)煔夂蚽h3的流量以實現(xiàn)co2和nh3的比例的調(diào)節(jié)，優(yōu)選的co2和nh3的體積比控制在1:1-5:1，更為優(yōu)選的控制在2:1。

具體的，活化室長徑比3:1-5:1，活化室與預(yù)混室直徑比為2:1-3:1，在該尺寸下可以達(dá)到更佳的物理化學(xué)活化氣固反應(yīng)；更為具體的，圓筒上的氣孔為圓孔，直徑為2mm-10mm，優(yōu)選5mm，60度錯排，相鄰圓孔間中心距為兩倍圓孔直徑，在該尺寸下，保證含有物理化學(xué)活化劑的高溫?zé)煔飧泳鶆虻剡M(jìn)入活化室；更進(jìn)一步的，螺旋翅片的翅高為活化室直徑與預(yù)混室直徑差的3/8，螺距為預(yù)混室長度的1/4-1/8，在該尺寸下能滿足改性過程中生物焦炭更加順利的自上而下移動，避免堵塞活化室，達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)。

進(jìn)一步的，活化劑預(yù)混室設(shè)有至少兩個入射口，分別作為高溫?zé)煔夂突瘜W(xué)活化劑的入口，入射口優(yōu)選采用旋流噴射結(jié)構(gòu)，以加強(qiáng)高溫?zé)煔馀c化學(xué)活化劑氣流的擾動和混合。

此外，活化裝置還設(shè)置有溫度、壓力檢測裝置和流量控制裝置，該溫度、壓力檢測裝置對活化室內(nèi)的溫度、壓力進(jìn)行實時監(jiān)測，流量控制裝置用于控制供熱煙道的煙氣流量，以保證最佳的活化溫度。本發(fā)明通過設(shè)置溫度、壓力檢測裝置和流量控制裝置，能夠精確控制活化溫度，改善活化效果，同時采用高溫?zé)煔馀c生物焦炭直接接觸供熱，熱量利用率高。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。