[发明专利]生物质快速热解残渣基多孔炭球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物质快速热解残渣基多孔炭球及其制备方法和应用，属于环保材料技术领域。本发明为实现快速热解残渣的高值资源化利用，提供了一种生物质快速热解残渣基多孔炭球的制备方法，包括：将亲水性天然高分子配成水溶液，将生物质经快速热解成热解残渣，将水溶液、热解残渣和去模板剂混合均匀，滴入超疏水表面成型，经干燥、炭化、洗涤，即得快速热解残渣基多孔炭球。本发明利用残渣中灰分和残渣的形貌自组装进行造孔，利用溶剂挥发自组装技术进行成型，形成含有微孔、介孔的多级孔结构，促进COsubgt;2/subgt;传质并在孔道内存储。

技术领域

本发明属于环保材料技术领域，具体涉及一种生物质快速热解残渣基多孔炭球及其制备方法和应用。

背景技术

大气中二氧化碳浓度逐年升高是造成全球变暖的主要因素，研究低成本高效的烟气CO₂捕集技术迫在眉睫。以多孔材料吸附为代表的固体吸附法，由于其具有能耗低、可再生等优点，被认为是一种环境友好和经济可行的CO₂捕集技术。其中，生物质来源广泛，相比煤、高分子等是一种经济性更优的多孔炭原料。生物质如水稻、玉米等在生长过程中会从土壤中富集Si、N、P、K元素，制备为生物炭吸附剂后含有大量的灰分，堵塞了吸附CO₂的孔径。许多研究采用酸洗或者碱熔将生物炭中灰分去除，从而形成丰富的孔隙提高生物炭吸附性能。

CN110694588A公开了一种改性复合生物炭及其制备方法和应用，采用氢氧化钾水溶液常温下洗去生物炭中灰分，然而低温除灰分的效果往往不佳，所得孔隙较大，无超微孔，因此仅用于吸附重金属等较大分子量的物质。CN111841495A公开了一种多孔高比表面积茶渣生物炭的制备方法，采用碳酸氢钾与生物炭高温活化造孔，得到孔体积为0.6734～0.8067cm³/g的多孔炭。因茶渣主要成分为纤维素、半纤维素以及木质素等，灰分含量较少，钾盐活化后形成的多为微孔，介孔较少。

通常，生物炭通过生物质在惰性氛围下慢速热解生成。但利用生物质制备能源化学品则需通过快速热解(秒级)技术，生物质经历快速热解后会产生大量的热解残渣炭。据统计，1kg的生物质在快速热解产生0.5kg生物油的同时就会产生大约0.2kg的快速热解残渣(当量比例)，剩余则为合成气。此类残渣中含有大量的灰分如硅、铝等，且表面有阻碍吸附的沉积层，回用价值低廉；且其由于营养贫瘠，且会富集快速热解过程产生的挥发性脂肪酸等有毒有机物，因此也不适宜还田，难以资源化利用。由于生物质中的挥发分被快速提取，炼油后的残渣较生物炭灰分更高，挥发分更少，表面含氧官能团的数量也减少，传统活化法发挥作用有限，利用灰分自模板等残渣特性造孔，或利用残渣自身结构组装作用形成可吸附CO₂的孔隙更有优势。

目前相关论文或专利采用碱液、盐类等在高温或常温下对生物炭进行处理，造孔效果都较为局限，首先是因为采用了低灰分生物炭，亦或是采用酸性活化剂H₃PO₄、ZnCl₂等与炭表面含氧官能团反应造孔，灰分去除率低，无法获得具有优异CO₂吸附性能的多孔炭。此外，现有论文或专利未有利用残渣或生物炭自身颗粒形貌进行造孔，因此在创制利于CO₂传质的介孔方面有缺陷。在大量热解残渣亟待资源化、环境友好和经济可行的CO₂捕集材料亟待开发的背景下，开发新型生物质快速热解残渣基多孔生物炭迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种生物质快速热解残渣基多孔炭球及其制备方法和应用。本发明所得生物质快速热解残渣基多孔炭球中的微孔和介孔结构，一部分来源于去模板剂对残渣灰分模板的去除，另一部分介孔来自于残渣颗粒的自组装。

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种生物质快速热解残渣基多孔炭球的制备方法，其包括以下步骤：

A、将亲水性天然高分子与水混合，得水溶液；所述亲水性天然高分子为壳聚糖、海藻酸盐、纳米纤维素或胶原中的至少一种；