專利名稱：一種提高生態(tài)炭強度和密度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高生態(tài)炭強度和密度的方法，該方法屬于納米材料、炭素材料、
纖維素科學、可再生能源交叉的技術(shù)領(lǐng)域。主要涉及以易于粉碎的生物質(zhì)為碳源，采用高溫 加壓成型的方法，提高生態(tài)炭的強度和密度的技術(shù)方法。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)是潔凈的可再生資源，地球上每年生產(chǎn)的生物質(zhì)總量約1400 1800億噸， 相當于目前全世界年總能耗的10倍。中國作為一個農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)及其廢棄物資源非常 豐富。長期以來，生物質(zhì)廢棄物主要被用做家庭燃料、動物飼料或被埋到地里作為肥料，甚 至被直接焚燒掉，熱值利用率低且污染了環(huán)境。最近有關(guān)于利用秸稈等制備固體燃料和用 于燃燒發(fā)電的報道，但由于其燃燒熱值較低，制約了其進一步發(fā)展。因此如何實現(xiàn)生物質(zhì)的 高效和高附加值利用是一個值得研究的重大課題。 與礦物燃料相比，生物質(zhì)揮發(fā)分含量高，碳含量較高(通常在45 %以上)，硫、氮含 量低，灰分少，燃燒時對環(huán)境污染少，是制備生態(tài)炭的優(yōu)質(zhì)原料之一。國內(nèi)外一些科學家以 之為原料已制備出活性炭、炭分子篩等生態(tài)炭，但所得生態(tài)炭強度和密度低，嚴重制約其大 規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。 生物質(zhì)熱失重實驗表明，熱處理過程中生物質(zhì)中大量揮發(fā)份的逸出，是造成生態(tài) 炭強度差和密度小的根本原因。如果在炭化前先將生物質(zhì)高溫加壓成型，即在一定的溫度 范圍內(nèi)對粉碎后的生物質(zhì)原料進行機械加壓，能增大樣品的密度，從而使單位體積內(nèi)的界 面數(shù)增多，增大了分子間架橋反應(yīng)發(fā)生的可能性，促進大分子的生成，有效抑制揮發(fā)分的逸 出，從而提高炭化樣強度和密度，并最終達到提高生態(tài)炭強度和密度的目的。與此同時，得 到的成型生態(tài)炭具有好的形態(tài)，利于提高效率和回收循環(huán)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供了一種提高生態(tài)炭強度和密 度的方法，該制備過程是以來源豐富、價格低廉、可再生且易于粉碎的生物質(zhì)為碳源，炭化 前采用高溫加壓成型工藝，具有大規(guī)模生產(chǎn)價格低、收率高的生態(tài)炭的潛能。其技術(shù)特點是 在制備過程中按如下步驟和工藝條件進行 (1)、生物質(zhì)的粉碎、篩分及干燥，得到20目以下的原料。 (2)、將粉碎干燥后的原料進行高溫加壓成型。成型壓力為5 20MPa，成型溫度為 200 350。C，成型時間為5 30min。 (3)、成型樣品的炭化。炭化溫度為600 90(TC，炭化時間為10 120min。
(4)、炭化樣活化?；罨瘻囟葹?00 900°C ，活化時間為10 120min，活化劑水 蒸氣用量為0. 1 0. 5ml/min，即得到高強度和高密度的生態(tài)炭。
高溫加壓成型、炭化、活化過程中皆采用了氮氣或氦氣作為保護氣。
具體實施例方式
下面將結(jié)合具體實施例來詳述本發(fā)明的技術(shù)特點
實施例1 : 以小于20目的玉米秸為原料(碳45. 52wt % ，氫6. 23wt % ，氮0. 88wt % ，氧 47. 37wt% )，在成型溫度30(TC，成型壓力15MPa，成型時間10min進行加壓成型，在炭 化溫度800°C，炭化時間30min下進行炭化，在活化溫度800°C，活化劑水蒸氣流量為 0. 25mL/min， N2流量50mL/min下進行活化，當活化收率為50 %時，成型生態(tài)炭的抗壓強 度達2. 8X 105Pa，而未經(jīng)高溫加壓成型時生態(tài)炭的抗壓強度幾乎為零；成型生態(tài)炭密度達 0. 58g/cm 遠高于未經(jīng)高溫加壓成型時的0. 08g/cm3。
實施例2: 以小于20目的麥秸為原料(碳49. 23wt % ，氫6. 87wt % ，氮1. 24wt % ，氧 42. 66wt% )，在成型溫度300。C，成型壓力15MPa，成型時間10min進行加壓成型，在炭 化溫度800°C，炭化時間30min下進行炭化，在活化溫度800°C，活化劑水蒸氣流量為 0. 25mL/min， N2流量50mL/min下進行活化，當活化收率為50 %時，成型生態(tài)炭的抗壓強 度達1.0X10Spa，而未經(jīng)高溫加壓成型時生態(tài)炭的抗壓強度幾乎為零；成型生態(tài)炭密度達 0. 67g/cm 遠高于未經(jīng)高溫加壓成型時的0. 10g/cm3。
實施例3: 以小于20目的玉米芯為原料(碳46. 90wt %，氫6. 41wt %，氮0. 91wt %，氧 45. 78wt% )，在成型溫度30(TC，成型壓力15MPa，成型時間10min進行加壓成型，在炭 化溫度800°C，炭化時間30min下進行炭化，在活化溫度800°C，活化劑水蒸氣流量為 0. 25mL/min， N2流量50mL/min下進行活化，當活化收率為50 %時，成型生態(tài)炭的抗壓強 度達2.3X10Spa，而未經(jīng)高溫加壓成型時生態(tài)炭的抗壓強度幾乎為零；成型生態(tài)炭密度達 0. 36g/cm 遠高于未經(jīng)高溫加壓成型時的0. 07g/cm3。
實施例4: 以小于20目的玉米秸為原料(碳45. 52wt % ，氫6. 23wt % ，氮0. 88wt % ，氧 47. 37wt% )，在成型溫度275t:，成型壓力15MPa，成型時間10min進行加壓成型，在炭 化溫度800°C，炭化時間30min下進行炭化，在活化溫度800°C，活化劑水蒸氣流量為 0. 25mL/min， N2流量50mL/min下進行活化，當活化收率為50 %時，成型生態(tài)炭的抗壓強 度達2.2X10Spa，而未經(jīng)高溫加壓成型時生態(tài)炭的抗壓強度幾乎為零；成型生態(tài)炭密度達 0. 51g/cm 遠高于未經(jīng)高溫加壓成型時的0. 08g/cm3。
實施例5 : 以小于20目的麥秸為原料(碳49. 23wt % ，氫6. 87wt % ，氮1. 24wt % ，氧 42. 66wt% )，在成型溫度275t:，成型壓力15MPa，成型時間10min進行加壓成型，在炭 化溫度800°C，炭化時間30min下進行炭化，在活化溫度800°C，活化劑水蒸氣流量為 0. 25mL/min， N2流量50mL/min下進行活化，當活化收率為50 %時，成型生態(tài)炭的抗壓強 度達0. 9X 105Pa，而未經(jīng)高溫加壓成型時生態(tài)炭的抗壓強度幾乎為零；成型生態(tài)炭密度達 0. 38g/cm 遠高于未經(jīng)高溫加壓成型時的0. 10g/cm3。
實施例6 : 以小于20目的玉米芯為原料(碳46. 90wt % ，氫6. 41wt % ，氮0. 91wt % ，氧45. 78wt% )，在成型溫度275t:，成型壓力15MPa，成型時間10min進行加壓成型，在炭 化溫度800°C，炭化時間30min下進行炭化，在活化溫度800°C，活化劑水蒸氣流量為 0. 25mL/min， N2流量50mL/min下進行活化，當活化收率為50 %時，成型生態(tài)炭的抗壓強 度達1.8X10Spa，而未經(jīng)高溫加壓成型時生態(tài)炭的抗壓強度幾乎為零；成型生態(tài)炭密度達 0. 27g/cm 遠高于未經(jīng)高溫加壓成型時的0. 07g/cm3。
權(quán)利要求
一種提高生態(tài)炭強度和密度的方法，該方法以易于粉碎的生物質(zhì)為碳源，炭化前采用高溫加壓成型達到提高生態(tài)炭強度和密度的目的，其特征在于制備過程按如下步驟進行(1)、生物質(zhì)的粉碎、篩分及干燥，得到20目以下的原料；(2)、將粉碎干燥后的原料進行高溫加壓成型。成型壓力為5～20MPa，成型溫度為200～350℃，成型時間為5～30min；(3)、成型樣品的炭化，炭化溫度為600～900℃，炭化時間為10～120min；(4)、炭化樣活化，活化溫度為700～900℃，活化時間為10～120min，活化劑水蒸氣用量為0.1～0.5mL/min，即可得到高強度和高密度的生態(tài)炭。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高生態(tài)炭強度和密度的方法，其特征在于原料為價 廉、來源廣泛、可再生且易粉碎的生物質(zhì)，如玉米秸、玉米芯、麥秸、甘蔗渣、木屑等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高生態(tài)炭強度和密度的方法，其特征在于高溫加壓成 型、炭化、活化過程中皆采用了氮氣或氦氣作為保護氣。
全文摘要
一種提高生態(tài)炭強度和密度的方法，屬于新材料合成及加工工程技術(shù)的范疇，屬于納米材料、炭素材料、纖維素科學、可再生能源交叉的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特征是將易粉碎的生物質(zhì)粉碎后再經(jīng)高溫加壓成型、炭化、活化制備生態(tài)炭材料，即采用一定的溫度和壓力將粉碎后的生物質(zhì)成型以提高最終生態(tài)炭的強度和密度。高溫加壓成型的工作氣體是氮氣或氦氣等惰性氣體，通過油壓機的加壓和加熱爐的加熱實現(xiàn)高溫加壓成型。本發(fā)明的效果和益處是適用于所有易粉碎的生物質(zhì)，原料價格低廉，生產(chǎn)工藝過程簡單，制備的生態(tài)炭強度和密度得到大幅度提高，形態(tài)好并具有優(yōu)良的力學性能，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
文檔編號C10B53/08GK101775298SQ20101011012
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月20日
發(fā)明者侯寶花, 吳明鉑, 宋長剛, 張玉貞, 李兆豐, 李士斌, 查慶芳, 蔡升, 謝召軍, 郭寧, 郭燕生 申請人:中國石油大學(華東)