一种生物炭及其制备方法和应用

本发明涉及生物炭制备，尤其涉及一种生物炭及其制备方法和应用。

背景技术：

1、生物质泛指任何可再生的或可循环的有机物质，包括所有的动植物、微生物及其进行生命活动产生的所有有机物质。由于当前能源短缺、环境污染形势严峻，生物质的高效、循环、合理利用已成为世界各国构建低碳型经济及社会体系的首选途径。生物质炭化技术是生物质资源化利用的新兴技术。它主要是将生物质炭化并以稳定态炭的形式固定下来，从而形成新型的生物炭产品。

2、生物炭的制备方法主要分为干热解炭化法和水热炭化法。其中，水热炭化法是在密闭的高压反应釜中，以水为反应介质，在一定温度和压强下将水热反应釜内的生物质转化为水热炭(炭球)的过程。但通常水热炭的固定碳含量低、灰分含量低、挥发分含量高，进而导致制得的生物炭的燃料比低。干热解炭化法是目前应用最广泛的方法，但是，干热解炭化法制得的生物炭的灰分含量高，同时通过干热解炭化法得到的生物炭材料需要很高的能耗和经济成本。

3、因此，提供一种灰分含量低、固定碳含量高的生物炭同时降低反应过程的能耗是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种生物炭及其制备方法和应用，以解决现有制得的生物炭灰分高、固定碳含量低以及制备过程能耗高的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种生物炭的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)对生物质进行破碎，然后将破碎后的生物质依次进行低温炭化和高温炭化，得到中间体生物炭；

5、所述低温炭化的温度为300～450℃，所述低温炭化的时间为2～4h；

6、所述高温炭化的温度为600～800℃，所述高温炭化的时间为4～5h；

7、(2)将中间体生物炭与水混合，进行水热反应，得到生物炭。

8、优选的，在上述一种生物炭的制备方法中，步骤(1)中所述生物质为核桃壳、松子壳、椰子壳、花生壳、稻谷壳、葵花籽壳、玉米芯、农作物秸秆中的一种或几种。

9、优选的，在上述一种生物炭的制备方法中，步骤(1)中所述低温炭化和高温炭化的气氛独立的为氮气气氛。

10、优选的，在上述一种生物炭的制备方法中，步骤(1)中所述破碎后的生物质的粒径为0.2～5cm。

11、优选的，在上述一种生物炭的制备方法中，步骤(1)中所述生物质与步骤(2)中所述水的质量比为1:2～5。

12、优选的，在上述一种生物炭的制备方法中，步骤(2)中所述水热反应的温度为150～220℃，所述水热反应的时间为60～120min。

13、本发明还提供了一种生物炭的制备方法制得的生物炭。

14、本发明还提供了一种生物炭在钢铁冶炼中的应用。

15、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、(1)本发明提供的生物炭的制备方法，通过采用热解炭化和水热炭化方法，并进一步对水热炭化和热解炭化工艺的参数进行调控，能够制得高品质生物炭同时具有灰分含量低、固定碳含量高的特点，有效提高生物炭的燃烧性能，同时可以提高生物炭在钢铁冶炼中的活性；结合了热解炭化与水热炭化的优点，降低了反应能耗。

17、(2)本发明中破碎后的生物质在保护气氛下先进行低温炭化再进行高温炭化，在低温炭化过程中，原料中的有机化合物在绝氧以及高温条件下分解为炭和各种气体，气体生成时能够在炭基体中生成大量孔隙，在此温度下保持较长时间，有利于增大炭的比表面积。在高温炭化过程中，碳源继续升温后又生成刚性较强的炭，此时生成的高温的蒸气能够在炭基体上生成尺寸较小的微孔，进一步增加炭的比表面积。

技术特征：

1.一种生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述生物质为核桃壳、松子壳、椰子壳、花生壳、稻谷壳、葵花籽壳、玉米芯、农作物秸秆中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述低温炭化和高温炭化的气氛独立的为氮气气氛。

4.根据权利要求3所述的生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述破碎后的生物质的粒径为0.2～5cm。

5.根据权利要求3或4所述的生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述生物质与步骤(2)中所述水的质量比为1:2～5。

6.根据权利要求5所述的生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述水热反应的温度为150～220℃，所述水热反应的时间为60～120min。

7.权利要求1～6任一项所述的生物炭的制备方法制得的生物炭。

8.权利要求7所述的生物炭在钢铁冶炼中的应用。

技术总结本发明属于生物炭制备技术领域，公开了一种生物炭及其制备方法和应用。该生物炭的制备方法，包括以下步骤：对生物质进行破碎，然后将破碎后的生物质依次进行低温炭化和高温炭化，得到中间体生物炭；所述低温炭化的温度为300～450℃，所述低温炭化的时间为2～4h；所述高温炭化的温度为600～800℃，所述高温炭化的时间为4～5h；将中间体生物炭与水混合，进行水热反应，得到生物炭。本发明提供的生物炭的制备方法，通过采用热解炭化和水热炭化方法，进一步对水热炭化和热解炭化工艺的参数进行调控，能够制得高品质生物炭同时具有灰分含量低、固定碳含量高的特点，结合了热解炭化与水热炭化的优点。技术研发人员：郑蕾,吴靖宇,李子富受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9