一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法
【专利摘要】一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，属于废弃生物质炭化高值利用技术领域。包括以下步骤：将龙眼核洗净烘干后经粉碎得到颗粒尺寸小于74μm的龙眼核粉末，采用水热反应并在水热反应介质中添加乙醇、离心分离及洗涤烘干等方法获得龙眼核基水热炭。本发明利用的原料为废弃生物质，价格低廉，不仅提高了龙眼核的应用价值和利用率，而且为生物质水热炭的制备提供了新来源，该制备方法原料环保、反应快速、易操作且重现性好，通过添加乙醇所制备的龙眼核基水热炭色泽黑、碳化程度高、芳香度高、稳定性好，可广泛用于活性炭制备、新能源器件电极材料和催化剂载体等领域。
【专利说明】
一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法
技术领域
[0001]本发明属于废弃生物质炭化高值利用技术领域，具体涉及一种通过添加乙醇来提升生物质水热炭炭化程度的方法。
【背景技术】
[0002]炭材料制备主要包括热解炭化和水热炭化等技术，其中，水热炭化技术是一种其反应条件温和、绿色环保、固碳率高、环境友好、工艺简单的新兴制炭技术。水热炭是一种表面具有丰富的酚、醚、羰基、醌、羧基、酸酐、内酯等含氧功能基团的新型炭材料，可以进一步通过物理或化学活化、表面改性、共混负载基质或肥料等手段形成新型的材料或原料，在新型储能器件的电极材料、催化剂载体、土壤修复、水处理及水环境修复、药物输送、炭基肥等方面具有广阔的应用前景，可见，水热炭的合成与应用研究具有重要的科学意义和现实价值。水热炭化法具有原料价廉易得、合成工艺节能环保、合成产物及副产物环境友好、反应设备操作简易等优势，成为近年来废弃生物质炭化与应用等相关研究领域的热门方法。然而，也正由于水热炭表面具有丰富的含氧功能基团，相对热解炭其稳定性不高，作为土壤修复剂或有机肥载体使用时，其在土壤中存在的寿命相对较短。因此，通过水热炭化技术改良提升水热炭的稳定性具有重要意义。
[0003]废弃生物质具有来源广、廉价、可利用量大等特征，可以从农业、林业环境中直接获得，无需经过复杂的预处理和化学加工，是世界上仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源类型。生物质中含有大量的木质素、纤维素、半纤维素，传统的焚烧处理不仅浪费资源，也污染环境，因此，开发清洁高效的废弃生物质高值利用技术十分必要。将廉价的废弃生物质通过环境友好的方式高附加值的功能炭材料，既可以达到废弃生物质减量，又可以实现废弃生物质炭化高值利用的目的，在功能性炭材料合成、废弃生物质高值炭化利用方面具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种简单、高效、环境友好的提升水热炭炭化程度的制备方法，具体为一种乙醇协同提升龙眼核水热炭炭化程度的方法，该方法是以废弃生物质龙眼核为原材料，通过添加乙醇形成水-乙醇混合水热反应介质，最终使得到的龙眼核水热炭炭化程度得以提高，该方法所制备的龙眼核水热炭色泽黑、炭化程度高、芳香度高、稳定性好。
[0005]所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于包括以下步骤:
1)原料处理:收集龙眼核，洗净，烘干，采用手提式中药粉碎机粉碎成龙眼核粉末，备用；
2)水热反应:将质量比为1:5:0-1:1:4的龙眼核粉末、去离子水、乙醇均匀混合，转入水热反应釜内衬中并密封水热反应釜，然后置于160 °C -320° °C烘箱中反应4-48小时，取出反应釜，冷却至室温，得反应混合物； 3)离心分离及洗涤烘干:将步骤2)的反应混合物转入离心管中，依次进行离心分离、去离子水洗涤及烘干，得龙眼核基水热炭。
[0006]所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤I)中龙眼核烘干至含水率低于10%，龙眼核粉末颗粒的尺寸小于74μπι。
[0007]所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤2)中龙眼核粉末、去离子水、乙醇的质量比为1: 1:4。
[0008]所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤2)中烘箱温度为260°。
[0009]所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤2)中水热反应时间为12小时。
[0010]所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤3)中依次进行3-4次离心分离及去离子水洗涤，然后烘干，得龙眼核基水热炭。
[0011]所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤2)的乙醇为无水乙醇。
[0012]本发明具有以下有益效果:
1.利用废弃生物质为原材料来制备生物质水热炭，变废为宝，减少了资源浪费，提高了龙眼核的应用价值和利用率，为生物质水热炭的制备提供了新来源。
[0013]2.本发明首次以龙眼核为原料，通过添加乙醇形成水-乙醇混合水热反应介质，最终得到炭化程度较高的龙眼核基水热炭，该方法原料环保、反应快速、易操作且重现性好。
[0014]3.本发明的方法制得的龙眼核基水热炭色泽黑、碳化程度高、芳香度高、稳定性好。
[0015]4.本发明的制备方法可广泛用于活性炭制备、新能源器件电极材料和催化剂载体等领域。
【附图说明】
[0016]图1是本发明使用的龙眼核粉末颗粒扫描透射电镜(TEM)图；
图2是本发明使用的龙眼核粉末颗粒扫描电子显微镜(SEM)图；
图3是本发明所实用的龙眼核粉末、实施例1所制备得龙眼核基水热炭及实施例5所制备得龙眼核基水热炭的傅里叶红外吸收光谱图；
图4是本发明实施例1所制备得龙眼核基水热炭的扫描电子显微镜(SEM)图；
图5是本发明实施例5所制备得龙眼核基水热炭的扫描电子显微镜(SEM)图；
图6是本发明实施例1和实施例5所制备得龙眼核基水热炭的X射线衍射图XRD。
【具体实施方式】
[0017]现结合本发明的实施例，对本发明作进一步说明。
[0018]实施例1
1)原料处理:收集龙眼核，洗净，烘干至含水率为7%，取10g烘干的龙眼核采用手提式中药粉碎机粉碎，得颗粒大小小于50μπι的龙眼核粉末，见图1-2;
2)水热反应:将质量比为10g:50g:0g的龙眼核粉末、去离子水、无水乙醇均匀混合，然后转入容积为10mL的水热反应釜聚四氟乙烯内衬中，密封水热反应釜，并置于260°C烘箱中反应12小时，取出反应釜，冷却至室温，得反应混合物；
3)离心分离及洗涤烘干:将步骤2)的反应混合物转入10ml离心管中，离心分离，得到下部沉淀，然后往10ml加入去离子水进行洗涤，接着再离心分离，重复上述步骤4次，最后将得到的产物烘干，得C/Ο比为76.18/23.82龙眼核基水热炭。
[0019]实施例2
步骤2)中龙眼核粉末、去离子水、无水乙醇的质量比为10g:40g:10g，步骤3)中得炭化程度得到提高的龙眼核基水热炭;其它同实施例1。
[0020]实施例3
步骤2)中龙眼核粉末、去离子水、无水乙醇的质量比为10g:30g:20g，步骤3)中得炭化程度得到提高的龙眼核基水热炭;其它同实施例1。
[0021 ] 实施例4
步骤2)中龙眼核粉末、去离子水、无水乙醇的质量比为10g:20g:30g，步骤3)中得炭化程度得到提高的龙眼核基水热炭;其它同实施例1。
[0022]实施例5
步骤2)中龙眼核粉末、去离子水、无水乙醇的质量比为10g: 10g:40g;步骤3)中得C/0为89.23/10.77的龙眼核基水热炭;其它同实施例1。
[0023]实施例6
步骤2)中烘箱温度为180°C;步骤3)中或得炭化程度得到提高的龙眼核基水热炭;其它同实施例1。
[0024]实施例7
步骤2)中烘箱温度为200°C;步骤3)中或得炭化程度得到提高的龙眼核基水热炭;其它同实施例1。
[0025]实施例8
步骤2)中烘箱温度为220°C;步骤3)中或得炭化程度得到提高的龙眼核基水热炭;其它同实施例1。
[0026]实施例9
步骤2)中烘箱温度为240°C;步骤3)中得炭化程度得到提高的龙眼核基水热炭;其它同实施例1。
[0027]实施例10
步骤2)中烘箱温度为260°C;步骤3)中得炭化程度得到提高的龙眼核基水热炭;其它同实施例1。
[0028]实施例11
步骤2)中烘箱温度为280°C;步骤3)中得炭化程度得到提高的龙眼核基水热炭;其它同实施例1。
[0029]通过本发明制得的龙眼核基水热炭，经过傅里叶红外吸收光谱分析、电子显微镜扫描测定及X射线衍射分析可知，通过添加乙醇形成水-乙醇混合水热反应介质，可使得龙眼核基水热炭炭化程度得到提高，选择龙眼核粉末、去离子水、无水乙醇的质量比为1:1:4，选择温度为260°C，选择反应时间12小时，碳化程度最好。
[0030]以实施例1与实施例5获得的龙眼核基水热炭的分析测定可知:
如图3所示，其中a代表本发明所实用的龙眼核原料的吸收光谱，b代表实施例1中所制备得龙眼核基水热炭的吸收光谱，c代表实施例5中所制备得龙眼核基水热炭的吸收光谱，由于龙眼核原材料组分复杂，其傅里叶红外吸收光谱对应的吸收位置较为丰富，对于龙眼核原材料而言，3250 cm—1处的强宽峰为大量羟基和少量氨基的伸缩振动吸收峰，2924 cm—1处的峰为脂肪性CH2，-CH的不对称伸缩振动峰，2854 cm—1处的峰为脂肪性CH2，_CH的对称伸缩振动峰，1694 cm—1处吸收峰主要是羧酸中C=O伸缩振动吸收，1594 cm—1处为芳香性的C=C，C=O伸缩振动峰，实施例1制备的龙眼核基水热炭与原料龙眼核的部分主要吸收峰位置相近，但化学官能团的相对含量存在明显差异，对于加入了乙醇的实施例5而言，实施例5所制得的龙眼核基水热炭的有机官能团(如CH2，-CH，C=0等)的吸收峰明显增强，显示其芳香度呈现上升的趋势，可见，通过添加乙醇形成水-乙醇混合水热反应介质，可使制备得到的龙眼核基水热炭炭化程度得到提高。
[0031]如图4-5及相关EDS图谱测定得知，实施例1所制备得龙眼核基水热炭的C/0比为76.18/23.82，实施例5所制备得龙眼核基水热炭的C/0为89.23/10.77，实施例5制备得龙眼核基水热炭的炭氧比明显提高，也说明炭化程度提高，可见，通过添加乙醇形成水-乙醇混合水热反应介质，可使制备得到的龙眼核基水热炭炭化程度得到提高。
[0032]如图6所示，其中a为实施例1所制备得龙眼核基水热炭的X射线衍射图XRD，b为实施例5所制备得龙眼核基水热炭的X射线衍射图XRD，明显可以看出，实施例5所制备得龙眼核基水热炭的(002)晶面的衍射峰增强，说明实施例5中制备的龙眼核基水热炭炭化程度得到提高，可见，通过添加乙醇形成水-乙醇混合水热反应介质，可制备得到的龙眼核基水热炭炭化程度得到提高。
【主权项】
1.一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于包括以下步骤:1)原料处理:收集龙眼核，洗净，烘干，采用手提式中药粉碎机粉碎成龙眼核粉末，备用； 2 )水热反应:将质量比为1:5:0-1:1:4的龙眼核粉末、去离子水、乙醇均匀混合，转入水热反应釜内衬中并密封水热反应釜，然后置于160 0C-320 0C烘箱中反应4-48小时，取出反应釜，冷却至室温，得反应混合物； 3)离心分离及洗涤烘干:将步骤2)的反应混合物转入离心管中，依次进行离心分离、去离子水洗涤及烘干，得龙眼核基水热炭。2.根据权利要求1所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤I)中龙眼核烘干至含水率低于10%，龙眼核粉末颗粒的尺寸小于74μπι。3.根据权利要求1所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤2)中龙眼核粉末、去离子水、乙醇的质量比为1:1:4。4.根据权利要求1所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤2)中烘箱温度为260°C。5.根据权利要求1所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤2)中水热反应时间为12小时。6.根据权利要求1所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤3)中依次进行3-4次离心分离及去离子水洗涤，然后烘干，得龙眼核基水热炭。7.根据权利要求1所述的一种乙醇协同提升生物质水热炭炭化程度的方法，其特征在于所述步骤2)的乙醇为无水乙醇。
【文档编号】C10B53/02GK105969412SQ201610268052
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】洪孝挺, 张海滨, 单胜道, 柳继成, 庄海峰, 刘万鹏
【申请人】浙江科技学院