一种高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法

本发明涉及水热碳化，更具体地说，是涉及一种高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法。

背景技术：

1、近年来，高原地区的餐厨垃圾产生量与日俱增，所带来的环境卫生问题越来越突出，因此处理需求也在不断提高。高原地区因其特殊的气候环境条件和餐厨加工条件，所产生的产出餐厨垃圾纤维素和淀粉含量较高。传统处理方法如有机肥制备等方式因处理周期较长等缺点已无法满足现有的处理量。已有研究证实水热碳化技术可以作为餐厨垃圾全量化消纳处理的典型技术，产生水热炭、生物油和水相产品，基于高原地区餐厨垃圾较高的纤维素和淀粉含量的特点，水热碳化技术可以将纤维素和淀粉水解产物形成的葡萄糖或中间产物hmf，通过各向生长作用，这类水热炭产物因具有更多更丰富的球形和类球形几何结构，成为制备碳基球形材料的重要方法。

2、葡萄糖这种单体化合物已经被证实可以在亚临界水热反应区间，利用外界的水作为反应介质进行脱水脱羧反应，所具备的球形结构和硬质属性的水热炭球是其水热碳化的主要产物之一。这类水热炭球因其特殊的微纳米球形结构和化学性能引起了人们越来越多的关注。特别地，当其作为润滑添加剂使用时，这种硬质球形结构能够形成“微轴承效应”，可以将滑动摩擦转化为滚动摩擦，可以为含有微纳润滑间隙的精密装备的使用和维养提供技术支撑。尽管水热碳化技术合成水热炭球克服了传统润滑添加剂如碳纳米管、富勒烯等微纳米颗粒添加剂，合成方法复杂、毒性大、成本高的问题，但是现今合成水热炭球的主要来源为采用单一化学组分如葡萄糖做前驱体，另外，其几何尺寸的控制和增长机制不清楚，进而影响其作为润滑添加剂的应用。由于水热碳化温度和停留时间是直接决定水热炭球煤化程度和几何大小的重要因素，当碳化温度或者停留时间升高时，水热炭球尺寸也发生相应变化。关于水热碳化对于水热炭球尺寸和生长的原理尚不清晰，方法主要为直接一锅法一次合成，或者再次进行热解过程，导致其尺寸不可控，因此对于只作为润滑添加剂时也面临多种不确定因素。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，本发明提供的方法以典型高原地区的餐厨垃圾为原料，利用其较高淀粉和纤维素组分含量的优势，合成具备不同尺寸和化学特性的水热炭球；该水热炭球作为润滑添加剂在典型润滑油中的摩擦学性能较好，作为钢-钢摩擦副中润滑添加剂具有良好的适用性。

2、本发明提供了一种高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，包括以下步骤：

3、a)将高原地区餐厨垃圾置于水热反应装置中密封后，进行水热碳化反应，得到反应混合物；

4、b)将步骤a)得到的反应混合物依次经洗涤、过滤、干燥、研磨和筛分，得到水热炭球润滑添加剂。

5、优选的，步骤a)中所述高原地区餐厨垃圾的糖类碳水化合物含量占比在55％以上；使用前进行粉碎处理，所述粉碎处理的转速为800r/min～1200r/min，时间为20min～40min，得到含水率70％～85％的物料。

6、优选的，步骤a)中所述将高原地区餐厨垃圾置于水热反应装置中的填充比为1：(2～3)。

7、优选的，步骤a)中所述水热碳化反应的搅拌速度为50r/min～150r/min，升温速率为4℃/min～6℃/min，停留温度为180℃～260℃，停留时间为30min～90min。

8、优选的，步骤b)中所述洗涤的过程具体为：

9、水热碳化反应结束后，自然冷却，排出气体并将反应混合物从水热反应装置中取出，通过去离子水洗涤2次～4次。

10、优选的，步骤b)中所述干燥的温度为100℃～110℃。

11、优选的，步骤b)中所述筛分的尺寸为小于50目。

12、本发明还提供了一种水热炭球润滑添加剂，采用上述技术方案所述的高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法制备而成。

13、本发明还提供了一种复合润滑剂，由润滑添加剂、基础油和表面活性剂组成；所述润滑添加剂为上述技术方案所述的水热炭球润滑添加剂。

14、优选的，所述基础油为基础橄榄油；所述表面活性剂为斯潘-80；所述润滑添加剂的质量比为0.2％～1％；所述表面活性剂的体积比为0.5％～2％。

15、本发明提供了一种高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，包括以下步骤：a)将高原地区餐厨垃圾置于水热反应装置中密封后，进行水热碳化反应，得到反应混合物；b)将步骤a)得到的反应混合物依次经洗涤、过滤、干燥、研磨和筛分，得到水热炭球润滑添加剂。与现有技术相比，本发明提供的方法以典型高原地区的餐厨垃圾为原料，利用其较高淀粉和纤维素组分含量的优势，合成具备不同尺寸和化学特性的水热炭球；该水热炭球作为润滑添加剂在典型润滑油中的摩擦学性能较好，作为钢-钢摩擦副中润滑添加剂具有良好的适用性。

16、同时，本发明提供的方法工艺简单，条件易控，原料成本低且能够解决环境卫生问题，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，其特征在于，步骤a)中所述高原地区餐厨垃圾的糖类碳水化合物含量占比在55％以上；使用前进行粉碎处理，所述粉碎处理的转速为800r/min～1200r/min，时间为20min～40min，得到含水率70％～85％的物料。

3.根据权利要求1所述的高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，其特征在于，步骤a)中所述将高原地区餐厨垃圾置于水热反应装置中的填充比为1：(2～3)。

4.根据权利要求1所述的高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，其特征在于，步骤a)中所述水热碳化反应的搅拌速度为50r/min～150r/min，升温速率为4℃/min～6℃/min，停留温度为180℃～260℃，停留时间为30min～90min。

5.根据权利要求1所述的高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，其特征在于，步骤b)中所述洗涤的过程具体为：

6.根据权利要求1所述的高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，其特征在于，步骤b)中所述干燥的温度为100℃～110℃。

7.根据权利要求1所述的高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，其特征在于，步骤b)中所述筛分的尺寸为小于50目。

8.一种水热炭球润滑添加剂，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法制备而成。

9.一种复合润滑剂，其特征在于，由润滑添加剂、基础油和表面活性剂组成；所述润滑添加剂为权利要求8所述的水热炭球润滑添加剂。

10.根据权利要求9所述的复合润滑剂，其特征在于，所述基础油为基础橄榄油；所述表面活性剂为斯潘-80；所述润滑添加剂的质量比为0.2％～1％；所述表面活性剂的体积比为0.5％～2％。

技术总结本发明提供了一种高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法，包括以下步骤：a)将高原地区餐厨垃圾置于水热反应装置中密封后，进行水热碳化反应，得到反应混合物；b)将步骤a)得到的反应混合物依次经洗涤、过滤、干燥、研磨和筛分，得到水热炭球润滑添加剂。与现有技术相比，本发明提供的高原地区餐厨垃圾制备水热炭球润滑添加剂的方法以典型高原地区的餐厨垃圾为原料，利用其较高淀粉和纤维素组分含量的优势，合成具备不同尺寸和化学特性的水热炭球；该水热炭球作为润滑添加剂在典型润滑油中的摩擦学性能较好，作为钢‑钢摩擦副中润滑添加剂具有良好的适用性。技术研发人员：王腾飞,贺玉龙,王妍,苏凯,罗圆,李伟,郑文臻受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16