一种碱处理下粉煤灰制备生物炭的方法

本发明属于煤基固废资源化利用和生物炭，具体涉及一种碱处理下利用粉煤灰制备高稳定性生物炭的方法。

背景技术：

1、生物炭是由生物质在保护气(无氧)条件下经过炭化产生的一类高度芳香化的富碳固态物质，其在全球气候变化和环境保护中的重要作用日益彰显。生物炭是良好的重金属稳定剂，其稳定性主要取决于自身物理化学性质，如表面官能团和多孔结构比表面积、孔隙结构和矿物组成等。过往研究曾利用光学方法、热学法和化学等方法对生物炭的稳定性进行研究。近年来，采用矿物材料进行改性处理可以改善生物炭功能特性，例如提高其对重金属离子的吸附性能，而生物炭的热稳定性及氧化稳定性还需进一步提高。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种碱处理下粉煤灰制备生物炭的方法，所述方法将粉煤灰与玉米秸秆加入到碱性溶液中，充分反应，得到碱处理后粉煤灰与玉米秸秆混合物，经焙烧，得到生物炭。粉煤灰与玉米秸秆在碱处理及焙烧过程中，生物质中的分子结构逐渐转化为稳定的芳香环结构，生物炭表面形成保护，抑制碳分子的氧化、分解与释放，提升生物炭的热稳定性和化学稳定性。

2、本发明的目的在于提供一种碱处理下粉煤灰制备生物炭的方法，所述方法将粉煤灰与玉米秸秆加入到碱性溶液中，充分反应，得到碱处理后粉煤灰与玉米秸秆混合物，经焙烧，得到生物炭。

3、所述粉煤灰与玉米秸秆的质量比为1:(1-9)。

4、所述碱性溶液为无机碱性溶液。

5、所述焙烧为在保护气氛下，200-800℃，焙烧1.5-3.5h。

6、本发明的目的还在于提供一种所述碱处理下粉煤灰制备生物炭的方法制得的生物炭。

7、本发明具有以下有益效果：

8、(1)本发明利用粉煤灰制备生物炭，大幅提高了生物炭的热稳定性及化学稳定性。

9、(2)本发明采用粉煤灰与玉米秸秆同时进行碱处理，再进行焙烧处理，在制备温度升高和粉煤灰掺杂的作用下，生物质中半纤维素、纤维素、多糖等大分子物质减少，并逐渐转化为稳定的芳香环结构，极大地促进生物炭的环境抗性、稳定性。

10、(3)粉煤灰与玉米秸秆在碱处理及焙烧过程中在生物炭表面形成致密结构，减少和阻止外界条件改变对生物炭本身的影响，从而抑制碳分子的氧化、分解与释放，提升生物炭的热稳定性和化学稳定性。

技术特征：

1.一种碱处理下粉煤灰制备生物炭的方法，所述方法将粉煤灰与玉米秸秆加入到碱性溶液中，充分反应，得到碱处理后粉煤灰与玉米秸秆混合物，经焙烧，得到生物炭。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤灰粒径为12-30目，所述玉米秸秆粒径为12-30目。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤灰与玉米秸秆的质量比为1:(1-9)，优选为1:(1.5-7)，更优选为1:(2-5)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液为无机碱性溶液，优选为碱金属氢氧化物水溶液，更优选为氢氧化钠水溶液和/或氢氧化钾水溶液，所述碱性溶液浓度为2-10wt％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤灰与玉米秸秆加入到碱性溶液中后，固液质量比为1:(7-16)，优选为1:(8-14)，更优选为1:(9-12)。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，粉煤灰与玉米秸秆加入到碱性溶液中，充分反应的温度为20-40℃，反应时间为6-10h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧为在保护气氛下，200-800℃，焙烧1.5-3.5h。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧为300-700℃，焙烧2-3h。

9.根据权利要求1至8之一所述的碱处理下粉煤灰制备生物炭的方法制得的生物炭，其特征在于，其比表面积可达到19m2/g以上，甚至可达到60m2/g以上。

10.根据权利要求9所述的生物炭，其特征在于，所述生物炭在900℃下，热分解质量损失率低于22wt％；5wt％的h2o2水溶液氧化后的碳损失量小于30wt％；h/c摩尔比小于0.55。

技术总结本发明提供了一种碱处理下粉煤灰制备生物炭的方法，所述方法将粉煤灰与玉米秸秆加入到碱性溶液中，充分反应，得到碱处理后粉煤灰与玉米秸秆混合物，经焙烧，得到生物炭。生物质转为生物炭的过程中，芳香环结构大幅增多，生物炭表面形成致密结构，减少和阻止外界条件改变对生物炭本身的影响，从而抑制碳分子的氧化、分解与释放，提升生物炭的热稳定性和化学稳定性。技术研发人员：马妍,王振祥,覃晴,吴淑敏,郭建达,陈玉倩,吴文倩,黄美静,吴睿宇受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）技术研发日：技术公布日：2024/5/27