本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備蘆竹生物質(zhì)吸附劑的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物具有來(lái)源廣泛、可再生周期短、可生物降解、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，是重要的生物質(zhì)資源。但是這些農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物主要用于直接燃燒產(chǎn)熱，此外還有一部分用作飼料、肥料和制漿造紙工業(yè)的原料，這些領(lǐng)域的利用量不足農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物重量的50％。由于沒(méi)有得到有效的轉(zhuǎn)化利用，每年有大量的農(nóng)林生物質(zhì)被棄置于自然環(huán)境或露天焚燒，既造成了對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，又造成了資源的極大浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是利用蘆竹加工過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，通過(guò)熱解炭化反應(yīng)將其制備成一種吸附能力強(qiáng)的生物質(zhì)吸附劑，用于處理工業(yè)廢水，實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化利用。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種制備蘆竹生物質(zhì)吸附劑的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括浸泡裝置、洗滌裝置、烘干裝置和蓄熱式輻射管固定床熱解爐；

所述浸泡裝置設(shè)有浸泡進(jìn)料口、浸泡液入口和浸泡出料口；

所述洗滌裝置設(shè)有洗滌進(jìn)料口、洗滌水入口和洗滌出料口，所述洗滌進(jìn)料口與所述浸泡裝置的浸泡出料口相連；

所述烘干裝置設(shè)有烘干進(jìn)料口、高溫?zé)煔馊肟?、烘干出料口和水蒸氣出口，所述烘干進(jìn)料口與所述洗滌裝置的洗滌出料口相連；

所述蓄熱式輻射管固定床熱解爐設(shè)有熱解進(jìn)料口、煙氣入口、可燃?xì)馊肟?、空氣入口、生物質(zhì)吸附劑出口，所述熱解進(jìn)料口與所述烘干裝置的烘干出料口相連。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述蓄熱式輻射管固定床熱解爐還設(shè)有高溫油氣出口，所述系統(tǒng)還包括燃燒室；

所述燃燒室設(shè)有高溫油氣入口、空氣入口和高溫?zé)煔獬隹?，所述高溫油氣入口與所述蓄熱式輻射管固定床熱解爐的高溫油氣出口相連，所述高溫?zé)煔獬隹谂c所述烘干裝置的高溫?zé)煔馊肟谙噙B。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述燃燒室的高溫?zé)煔獬隹谶€與所述蓄熱式輻射管固定床熱解爐的煙氣入口相連。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述高溫油氣出口設(shè)置在所述蓄熱式輻射管固定床熱解爐的頂部，所述煙氣入口設(shè)置在所述蓄熱式輻射管固定床熱解爐的底部。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供一種上述系統(tǒng)制備蘆竹生物質(zhì)吸附劑的方法，所述方法包括如下步驟：

準(zhǔn)備長(zhǎng)度為4-5cm的蘆竹片；

將所述蘆竹片放入裝有浸漬液的所述浸泡裝置中進(jìn)行浸泡；所述浸漬液為NaOH和H₂O₂組成的混合水溶液，其中，所述混合水溶液中NaOH的濃度為0.2-2wt％，所述混合水溶液中H₂O₂的濃度為0.10-1.00wt％，浸泡時(shí)的固液比為1:50-1:10g/ml，浸泡時(shí)間為4-10h；

將浸泡后的蘆竹片送入所述洗滌裝置中用水洗滌；

將洗滌后的蘆竹片送入所述烘干裝置中用高溫?zé)煔膺M(jìn)行干燥；

將可燃?xì)?、空氣和干燥后的蘆竹片送入所述蓄熱式輻射管固定床熱解爐中，對(duì)所述干燥后的蘆竹片進(jìn)行熱解；熱解完成后，往所述蓄熱式輻射管固定床熱解爐中通入煙氣保溫活化，制得蘆竹生物質(zhì)吸附劑。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用溫度為80-110℃的高溫?zé)煔飧稍锼鱿礈旌蟮奶J竹片。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將保溫活化的時(shí)間設(shè)置為30-45min。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將熱解的溫度設(shè)置為300-800℃，時(shí)間設(shè)置為30-60min。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括如下步驟：

熱解還會(huì)產(chǎn)生高溫油氣，將所述高溫油氣進(jìn)行燃燒，得到高溫?zé)煔猓粚⑺龈邷責(zé)煔馑腿胨龊娓裳b置中，用于干燥洗滌后的蘆竹片。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括如下步驟：

將所述高溫?zé)煔庖菜腿胨鲂顭崾捷椛涔芄潭ù矡峤鉅t中，用于活化蘆竹生物質(zhì)吸附劑。

本發(fā)明在高溫條件下利用煙氣來(lái)活化蘆竹生物質(zhì)炭，提高了蘆竹生物質(zhì)吸附劑的吸附能力。

此外，本發(fā)明利用自身產(chǎn)生的高溫油氣燃燒產(chǎn)生的熱量來(lái)對(duì)洗滌后的蘆竹進(jìn)行干燥，提高了能源的使用效率，減少了對(duì)外來(lái)能源的需求，起到了節(jié)能減排的作用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中一種蘆竹生物質(zhì)吸附劑的制備系統(tǒng)的示意圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中一種利用蘆竹制備生物質(zhì)吸附劑的工藝流程圖。

圖中：

100：蘆竹破碎裝置；101：蘆竹入口；102：破碎蘆竹出口；

200：浸泡裝置；201：浸泡進(jìn)料口；202：浸泡液入口；203：浸泡出料口；204：廢棄液出口；

300：洗滌裝置；301：洗滌進(jìn)料口；302：洗滌水入口；303：洗滌出料口；304：洗滌水出口；

400：烘干裝置；401：烘干進(jìn)料口；402：烘干出料口；403：高溫?zé)煔馊肟冢?04：水蒸氣出口；

500：蓄熱式輻射管固定床熱解爐；501：熱解進(jìn)料口；502：可燃?xì)馊肟冢?03：空氣入口；504：高溫?zé)煔馊肟冢?05：高溫油氣出口；506：生物質(zhì)吸附劑出口；

600：燃燒室；601：高溫油氣入口；602：空氣入口；603：第一高溫?zé)煔獬隹冢?04：第二高溫?zé)煔獬隹凇?/p>

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說(shuō)明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提供的制備蘆竹生物質(zhì)吸附劑的系統(tǒng)包括浸泡裝置、洗滌裝置、烘干裝置和蓄熱式輻射管固定床熱解爐。

本發(fā)明中，浸泡裝置用于對(duì)蘆竹進(jìn)行預(yù)處理，破壞蘆竹細(xì)胞中的木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到“軟化”蘆竹的目的，有利于后續(xù)熱解。浸泡裝置設(shè)有浸泡進(jìn)料口、浸泡液入口和浸泡出料口。

洗滌裝置用于清洗從浸泡裝置中排出的帶有浸泡液的蘆竹。本發(fā)明中，洗滌所用的洗滌液為清水。洗滌裝置設(shè)有洗滌進(jìn)料口、洗滌水入口和洗滌出料口，洗滌進(jìn)料口與浸泡裝置的浸泡出料口相連。

烘干裝置用于干燥洗滌后的蘆竹，本發(fā)明采用高溫?zé)煔鈱?duì)洗滌后蘆竹進(jìn)行干燥。烘干裝置設(shè)有烘干進(jìn)料口、高溫?zé)煔馊肟?、烘干出料口和水蒸氣出口，烘干進(jìn)料口與洗滌裝置的洗滌出料口相連。

蓄熱式輻射管固定床熱解爐用于熱解蘆竹。蓄熱式輻射管固定床熱解爐的熱效率高，能達(dá)到86％以上。本發(fā)明將煙氣直接通入蓄熱式輻射管固定床熱解爐中，在蘆竹完成熱解后，第一時(shí)間被煙氣活化，能有效的提高蘆竹生物質(zhì)炭的吸附能力。蓄熱式輻射管固定床熱解爐設(shè)有熱解進(jìn)料口、煙氣入口、可燃?xì)馊肟?、空氣入口和生物質(zhì)吸附劑出口，熱解進(jìn)料口與烘干裝置的烘干出料口相連。

為了更好的熱解蘆竹，高溫油氣出口最好設(shè)置在蓄熱式輻射管固定床熱解爐的頂部，以便更好的排出高溫油氣。煙氣入口最好設(shè)置在其底部，這樣煙氣與熱解炭的接觸效果最好，有利于其活化。

蘆竹熱解還會(huì)產(chǎn)生高溫油氣，在現(xiàn)有技術(shù)中，一般都將這些高溫油氣直接送入尾氣處理裝置進(jìn)行處理，然而，高溫油氣帶有大量的熱量和熱解油，這樣處理會(huì)造成大量的能耗損失。因此，在上述系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)還可增加燃燒室。高溫油氣中的熱解油里面帶有大量的雜質(zhì)，要想將其分離出來(lái)十分困難，若處理不當(dāng)，還容易造成環(huán)境污染。本發(fā)明將其燃燒，不僅能有效處理熱解油，還能將產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜诟稍锵礈旌蟮奶J竹。

燃燒室用以燃燒高溫油氣中的熱解油。燃燒室設(shè)有高溫油氣入口、空氣入口和高溫?zé)煔獬隹?，高溫油氣入口與蓄熱式輻射管固定床熱解爐的高溫油氣出口相連，高溫?zé)煔獬隹谂c烘干裝置的高溫?zé)煔馊肟谙噙B。

由于活化熱解炭時(shí)也需要用到煙氣，因此從燃燒室排出的高溫?zé)煔庖部伤突刂列顭崾捷椛涔芄潭ù矡峤鉅t中進(jìn)行回收利用，提高了能源的使用效率，起到了節(jié)能減排的效果。

本發(fā)明所提供的上述系統(tǒng)中的各個(gè)裝置，除了熱解裝置必須使用蓄熱式輻射管固定床熱解爐外，其余各個(gè)裝置均不需要限定其具體設(shè)備是什么，只要有相應(yīng)的功能即可。

本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)制備蘆竹生物質(zhì)吸附劑的方法，該方法包括如下步驟：

準(zhǔn)備長(zhǎng)度為4-5cm的蘆竹片；

將蘆竹片放入裝有浸漬液的浸泡裝置中進(jìn)行浸泡；

將浸泡后的蘆竹片送入洗滌裝置中用水洗滌；

將洗滌后的蘆竹片送入烘干裝置中用高溫?zé)煔膺M(jìn)行干燥；

將可燃?xì)狻⒖諝夂透稍锖蟮奶J竹片送入蓄熱式輻射管固定床熱解爐中，對(duì)干燥后的蘆竹片進(jìn)行熱解；熱解完成后，往蓄熱式輻射管固定床熱解爐中通入煙氣保溫活化，制得蘆竹生物質(zhì)吸附劑。

為了便于設(shè)備處理，且綜合考慮吸附劑的用途，原料的長(zhǎng)度需在4-5cm才行。蘆竹加工過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品大多長(zhǎng)度都較長(zhǎng)，為了將其加工至4-5cm，上述系統(tǒng)還可增加一破碎裝置。

本發(fā)明采用NaOH和H₂O₂組成的混合水溶液來(lái)對(duì)蘆竹進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，NaOH和H₂O₂能有效的破壞蘆竹細(xì)胞中木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所用的混合水溶液中NaOH的濃度為0.2-2wt％，混合水溶液中H₂O₂的濃度為0.10-1.00wt％，浸泡時(shí)的固液比為1:50-1:10g/ml，浸泡時(shí)間為4-10h。

干燥時(shí)所用的高溫?zé)煔獾臏囟炔⒉恍枰貏e限定，溫度太高，蘆竹干燥后容易發(fā)生熱解，若溫度太低，干燥時(shí)間則會(huì)很長(zhǎng)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所用的高溫?zé)煔獾膬?yōu)選溫度為80-110℃。

熱解的溫度和時(shí)間并不需要限定。熱解的溫度太高，浪費(fèi)能源，且不容易控制熱解效果；熱解溫度太低，熱解所需時(shí)間加長(zhǎng)，造成生產(chǎn)效率低下。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明最佳的熱解溫度為300-800℃，對(duì)應(yīng)所需的熱解時(shí)間為30-60min。

保溫活化的時(shí)間的也不需要特別限定。時(shí)間短，活化效果不佳；時(shí)間長(zhǎng)，浪費(fèi)時(shí)間。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明最佳的保溫活化時(shí)間為30-45min。

如前所述，蘆竹熱解還會(huì)產(chǎn)生高溫油氣。為了減少對(duì)外來(lái)能源的需求，在熱解后還可增加將高溫油氣進(jìn)行燃燒，用燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈦?lái)干燥洗滌后的蘆竹。

同前所述，蘆竹熱解后用煙氣來(lái)進(jìn)行保溫活化，因此也可將高溫油氣燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈦?lái)活化熱解炭，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

本發(fā)明只對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程作了簡(jiǎn)化的介紹，任何一個(gè)熟知本領(lǐng)域的技術(shù)人員，都可以在本工藝的基礎(chǔ)上增減相關(guān)的設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足要求。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。下述實(shí)施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述發(fā)明內(nèi)容中所示。下述實(shí)施例所用的檢測(cè)方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測(cè)方法。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種蘆竹生物質(zhì)炭吸附劑的制備系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：蘆竹破碎裝置100、浸泡裝置200、洗滌裝置300、烘干裝置400、蓄熱式輻射管固定床熱解爐500和燃燒室600。

蘆竹破碎裝置100設(shè)有蘆竹入口101和破碎蘆竹出口102。

浸泡裝置200設(shè)有浸泡進(jìn)料口201、浸泡液入口202、浸泡出料口203、和廢棄液出口204。其中，浸泡進(jìn)料口201與蘆竹破碎裝置100的破碎蘆竹出口102相連。

洗滌裝置300設(shè)有洗滌進(jìn)料口301、洗滌水入口302、洗滌出料口303和洗滌水出口304。其中，洗滌進(jìn)料口301與浸泡裝置200的浸泡出料口203相連。

烘干裝置400設(shè)有烘干進(jìn)料口401、烘干出料口402、高溫?zé)煔馊肟?03和水蒸氣出口404。其中，烘干進(jìn)料口401與洗滌裝置300的洗滌出料口303相連。

蓄熱式輻射管固定床熱解爐500設(shè)有熱解進(jìn)料口501、可燃?xì)馊肟?02、空氣入口503、煙氣入口504、高溫油氣出口505和生物質(zhì)吸附劑出口506。其中，熱解進(jìn)料口501與烘干裝置400的烘干出料口402相連。其中，水煙氣入口504設(shè)置在蓄熱式輻射管固定床熱解爐500的底部，高溫油氣出口505設(shè)置在蓄熱式輻射管固定床熱解爐500的頂部。

燃燒室600設(shè)有高溫油氣入口601、空氣入口602、第一高溫?zé)煔獬隹?03和第二高溫?zé)煔獬隹?04。其中，高溫油氣入口601與蓄熱式輻射管固定床熱解爐500的高溫油氣出口505相連，第一高溫?zé)煔獬隹?03與烘干裝置400的高溫?zé)煔馊肟?03相連，第二高溫?zé)煔獬隹?04與蓄熱式輻射管固定床熱解爐500的煙氣入口504相連。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種利用實(shí)施例1所提供的系統(tǒng)制備蘆竹生物質(zhì)炭吸附劑的方法，如圖2所示，其具體過(guò)程如下。

S1：準(zhǔn)備長(zhǎng)度為4-5cm的蘆竹片。

本實(shí)施例采用的蘆竹原料購(gòu)自廣西桂林星泰公司，蘆竹原料含水率45.8wt％。將該蘆竹用蘆竹破碎裝置100破碎成4-5cm的蘆竹片。

S2：將所述蘆竹片放入裝有浸漬液的浸泡裝置200中進(jìn)行浸泡。

所用浸漬液為NaOH和H₂O₂組成的混合水溶液，其中，混合水溶液中NaOH的濃度為2wt％，混合水溶液中H₂O₂的濃度為0.4wt％，浸泡時(shí)的固液比為1:50g/ml，浸泡時(shí)間為5h。

S3：將浸泡后的蘆竹片送入洗滌裝置300中用水洗滌干凈。

S4：將洗滌后的蘆竹片送入烘干裝置400中進(jìn)行干燥。

干燥時(shí)的溫度為110℃，干燥的時(shí)間為60min。

S5：將可燃?xì)?、空氣和干燥后的蘆竹片送入蓄熱式輻射管固定床熱解爐500中，對(duì)干燥后的蘆竹片進(jìn)行熱解。

蓄熱式輻射管固定床熱解爐500的熱解溫度為600℃，熱解的時(shí)間為45min。

S6：S5步驟還會(huì)產(chǎn)生高溫油氣，將高溫油氣送入燃燒室600中進(jìn)行燃燒，得到高溫?zé)煔夥謩e送入烘干裝置400和蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐中，分別用于干燥洗滌后的蘆竹片及活化熱解炭，，分別用于干燥洗滌后的蘆竹片及活化熱解炭，制備蘆竹生物質(zhì)吸附劑。

煙氣活化的時(shí)間為30min。

分析上述步驟制得的蘆竹生物質(zhì)炭吸附劑的理化性質(zhì)，其結(jié)果如表1所示。

表1蘆竹生物炭吸附劑的理化性質(zhì)

從表1中可以看出，本發(fā)明提供的系統(tǒng)及方法制備出的蘆竹生物質(zhì)炭吸附劑的比表面積達(dá)到了770m²/g，說(shuō)明其吸附能力相當(dāng)強(qiáng)。其次，從表1中碘值、亞甲基藍(lán)脫色力兩個(gè)指標(biāo)可以看出，按照本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法制備出的蘆竹生物質(zhì)炭吸附劑達(dá)到了凈水活性炭的標(biāo)準(zhǔn)，表明其是一種性能優(yōu)異的吸附劑。

綜上可知，本發(fā)明在高溫條件下利用煙氣來(lái)活化蘆竹生物質(zhì)炭，提高了蘆竹生物質(zhì)吸附劑的吸附能力。

此外，本發(fā)明利用自身產(chǎn)生的高溫油氣燃燒產(chǎn)生的熱量來(lái)對(duì)洗滌后的蘆竹進(jìn)行干燥，提高了能源的使用效率，減少了對(duì)外來(lái)能源的需求，起到了節(jié)能減排的作用。

需要說(shuō)明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除非特別說(shuō)明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來(lái)使用。