[发明专利]氮掺杂成型生物炭及其制备方法和用途

说明书

本发明属于生物炭制备领域，具体涉及一种采用废弃生物质热解残渣制备生物炭的方法及所得成型生物炭。本发明所要解决的技术问题是提供一种采用废弃生物质热解残渣制备氮掺杂成型生物炭的方法，包括以下步骤：将生物质热解残渣和氮源混合均匀，再加入粘结剂混合均匀，挤出成型并干燥，然后经氧化、炭化、活化得到氮掺杂成型生物炭。本发明方法简单、成本低，且所得生物炭对酸性气体的催化氧化或/和吸附效果良好。

技术领域

本发明属于生物炭制备领域，具体涉及一种采用废弃生物质热解残渣制备高值化生物炭的方法及所得生物炭及用途。

背景技术

近年来，随着我国能源结构转型速度加快和环境政策条规持续收紧，煤炭、石油等传统能源的开采和使用呈现逐渐下降趋势。人们越来越重视可再生能源的开发和利用。其中，生物质的资源化利用首当其冲。生物质源自太阳，是重要的可再生资源之一，且总量巨大。据统计，全球每年经光合作用产生的生物质高达1700亿吨，我国仅废弃生物质的总量就达到了超50亿吨/年。生物质是典型的以C、H、O为主的体系，是传统能源煤和石油的前体物，因此其利用潜力也十分巨大。进入21世纪以来，生物质的开发和利用得到了广泛的重视和发展。目前，生物质的资源化利用已经从简单的发酵制备沼气发展到气化制备可燃气、热解/液化制备生物(汽柴)油等更绿色、高值化利用的方向。在当下及可预见的未来，生物质的利用量和利用率必定会进一步增加。

伴随着(废弃)生物质大规模利用，无论是热解气化生产燃气还是热解液化生产生物油等，均会产生大量的生物质残渣。以热解液化为例，根据停留时间的差异，得到的热解残渣质量约为进料质量的10～35％。生物质气化也有至少10％残渣得率。未来，我国生物质残渣的年规模将会超过亿吨级。这些热解残渣可生化性差、热值较低、灰分较高，存在利用价值低、利用难度大、处理成本高、环境风险大等问题。目前采取的措施主要为直接燃烧或集中掩埋。这不仅浪费了其中有经济价值的生物炭，还增加了环境负荷和风险，也不能适配于整个生物质行业未来的绿色发展。

CN 101508927A公布了利用农林废弃物玉米秸秆或木材为原料得到的热解炭制备颗粒燃料，用于燃烧，生物炭资源被浪费。文章《快速热解炭负载Cu-Zn对碱木质素热裂解生成单酚类化合物的催化性能》(DOI:10.7503/cjcu20150681)提出将落叶松锯末快速热解残渣经丙酮去油、酸洗除灰后浸渍Cu、Zn用作碱木质素热裂解生成单酚类化合物的催化剂，此过程虽然使热解残渣得到有效利用，但是也使用了大量有机试剂和强酸，会造成成本增加和额外污染。CN 104003387A公布了一种生物质热解炭为原料制备活性炭的方法，该方法不仅需要对热解炭进行前处理，还同时采用了化学活化和物理活化结合的活化方式以提升所得活性炭的孔隙结构，最后还需要盐酸除杂，整个再利用过程复杂、污染较大、成本较高。

因此，将生物质残渣合理、简单的资源化利用尤为重要。目前，如何简单、高值化利用废弃生物质热解液化或气化后残渣的研究和报道还处于相对空白期，市场需求和潜力巨大。

发明内容

本发明旨在提供一种利用生物质热解残渣制备高值化环境功能材料氮掺杂成型生物炭及其制备方法，以解决目前生物质制备燃气或燃油后残渣存在的利用价值低、利用难度大、处理成本高、环境风险大、高值化利用手段缺乏等问题。

本发明利用生物质热解残渣制备氮掺杂成型生物炭的制备方法，包括以下步骤：将生物质热解残渣和氮源混合均匀，再加入粘结剂混合均匀，挤出成型并干燥，然后经氧化、炭化、活化得到氮掺杂成型生物炭。

进一步的，上述利用生物质热解残渣制备氮掺杂成型生物炭的方法中，生物质热解残渣和氮源混合时添加水，混合均匀后再烘干。

其中，上述利用生物质热解残渣制备氮掺杂成型生物炭的方法中，所述生物质热解残渣包括但不限于酿酒废弃物气/液化残渣、农林废弃物等生物质快速热解残渣、畜禽粪便气/液化残渣、有机生活垃圾热解残渣等中的至少一种。

进一步的，上述利用生物质热解残渣制备氮掺杂成型生物炭的方法中，所述酿酒废弃物为酒糟。