[发明专利]一种生物碳的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种生物碳的制备方法。

背景技术

最近，科学家将目光转向生物碳，萌发了创造“技术土壤”的构想，希望通过提高土壤固有的有机碳储量，解决目前气候变化、能源以及食品和水资源危机。

近年来，随着全球气候变化，温室气体排放，耕地土壤退化，人类生存的环境和空间日趋严峻，但是目前采取的措施大多是头疼医头脚疼医脚，自然生态系统的自我恢复循环还是“卡壳”。

生物碳不仅可以大幅提高土壤肥力，在贫瘠的土壤上培育出肥沃的高碳库土壤，最直接的效应就是明显提高农作物产量和品质，还可以间接地减少化肥、农药等化学品的施用量。最关键是把碳有效地吸附固化在生物碳中间，减少了温室气体的排放，以及对石油制品的依赖。目前已知一吨生物质可以固定0.726吨二氧化碳。

我国粮食连续9年实现大丰收，而这背后则是秸秆的大丰收。据国家发改委的统计，目前我国农作物秸秆可收集量约为7亿吨。每到收获季节，作物秸秆堆积如山。

如果将这些秸秆、食用菌渣还田，无疑是增加土壤输入、遏制土壤退化、改善耕地质量的有效措施。但是，由于我国现行的土地政策将生产单元分割的过小，不利于秸秆还田机械的使用。迥异的气候条件也使秸秆还田适用范围受到限制，致使目前我国秸秆还田量还不到1/3，被烧掉或废弃的量却超过50%。焚烧秸秆排放的大量温室气体和烟尘，导致空气质量下降、诱发城市阴霾、影响航班起降等一系列环境问题。

但是现在生物碳加工时，碳化率不高，往往在40%以下，同时，现有技术的碳化温度较高，能量损耗较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物碳的加工方法，通过对工艺的改进，可以降低碳化处理的温度。

本发明通过以下技术方案实现：

一种生物碳的制备方法，包括以下步骤：

（1）、取植物秸秆破碎成粉末，将植物秸秆粉末在25-32℃下密封发酵2-3天，然后使用质量分数2-4%的醋酸铵水溶液在常温下浸泡25-40min，压去植物秸秆粉末中的水分，然后使用草酸、硝酸钠、单宁酸、水按重量比5:0.4:2:3比例配制的混合液蒸煮，蒸煮温度为116-138℃，蒸煮时间为25-40min，过滤，得到滤液和滤渣；

（2）、将滤渣使用清水洗涤，洗去秸秆粉末表面的浮酸；

（3）、将滤液进行蒸煮，去除里面的酸液及水分，将蒸煮得到的固体剩余物使用清水洗涤，再次进行蒸煮，将得到的固体物与步骤（2）得到的滤渣合并，烘干；

（4）、将步骤（3）得到的固体物与碳粉按重量比100:1-3混合均匀，在氮气保护下使用石英管在320-360℃下进行高温处理，处理时间为10-15min，在升温过程中，温度升至280℃后，升温幅度为3℃/min；

（5）、将上述处理好的原料与活性炭按重量比60:2的比例混合均匀，继续升温至380-420℃进行碳化处理，并不断向石英管中鼓入氮气，使氮气在石英管内循环，制成生物碳。

步骤（5）中，在碳化处理3-5min后，使用挤压机对原料进行挤压，压强为2-3.5MPa，将原料压成块状。

在步骤（4）处理完成后，使用质量分数为0.5%的KMnO₄溶液将原料浸泡并使用超声波震荡15min，然后使用质量分数2%的醋酸钾溶液浸泡20min，在氮气保护下烘干。

一种使用上述方法生产的生物碳。

本法明中的植物秸秆为树枝、大豆秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、稻草中的一种或者多种以任意比例混合。使用单独的大豆秸秆碳化效果更好。

本发明的有益效果：本发明通过在碳化处理前，将植物秸秆进行处理，使纤维素进行分离活化，使植物纤维间的空隙增大，同时将植物秸秆中的低聚的糖类分离后再进行混合，可以提升碳化的效率，降低碳化温度，还可以提升生物碳的空隙率；在碳化过程中向石英管中鼓入氮气，可以使热量循环，并且使植物秸秆受热更均匀，热量利用率更高。在加热及碳化处理时，加入少量的碳粉，可以提升秸秆碳化的速度，有利于更成分的均匀分散，使用本发明的方法生产生物碳植物秸秆的碳化率可达到64.5%以上，同时使用本发明的方法可以降低加工过程中的能耗10%左右。