一种制备钙-镧改性除磷生物质炭的生产工艺的制作方法

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本发明涉及生物质炭材料技术领域，特别是涉及一种制备钙-镧改性除磷生物质炭的生产工艺。


背景技术：

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磷是衡量地表水水质状况的重要指标，也是导致水体富营养化的主要因素之一，限制磷的排放对治理水体富营养化和促进生态系统稳定至关重要。常见的除磷方法有化学法、生物法、电解法和吸附法等，其中吸附法不仅投入使用简单，而且能高效回收利用磷资源。除磷的主要吸附材料有离子交换树脂、水铁矿、改性陶粒、改性生物质碳等，改性生物质炭作为一种新兴技术已备受关注，相比传统吸附材料，具有吸附效果高、成本低、环境兼容性好、应用适配性高等优势。
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生物质炭是生物质在缺氧高温条件下热解产生的富碳、小颗粒多孔材料，表面带有大量负电荷，能够吸附水环境中的重金属和有机污染物，利用生物质炭在废水处理领域有很大的应用潜力。一般的生物质炭虽然孔隙结构微孔多，比表面积大，但表面基团调节范围窄，吸附选择性较差。通常对生物质炭进行改性，利用金属改性改变生物质炭表面官能团，从而提高生物质炭的吸附能力和选择性。
[0004]
本发明采用氯化钙和氯化镧作为改性剂，玉米芯颗粒作为生物质炭碳化原料，经过内循环封闭式限氧生物质炭热裂解转窑设备碳化，实现了具有高效除磷特性的生物质炭规模化生产工艺。


技术实现要素：

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有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种制备钙-镧改性除磷生物质炭的生产工艺，包括如下步骤：
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步骤s1、将氯化钙和氯化镧溶于水中，然后得到混合物；
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步骤s2、将玉米芯进行干燥处理，在将干燥后玉米芯破碎成粒径5-8mm的玉米芯颗粒，再对玉米芯颗粒进行抛光处理；
[0008]
步骤s3、将抛光后的玉米芯颗粒放入步骤s1中的混合物中浸泡，玉米芯颗粒与混合物按比例混合，然后得到碳化原料；
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步骤s4、将碳化原料进行烘干处理，得到干燥的碳化原料；
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步骤s5、将干燥的碳化原料进行碳化处理，得到生物质炭。
[0011]
优选的，对得到的生物质炭进行喷淋降温，然后进行干燥处理；所述喷淋降温的操作具体为采用中性自来水进行喷洒。
[0012]
优选的，在所述步骤s2中，将玉米芯进行干燥至含水量低于10％。
[0013]
优选的，在所述步骤s3中，所述浸泡之后残渣量小于2％。
[0014]
优选的，在所述步骤s4中，在进行烘干处理时，烘干后的含水率小于8％；
[0015]
优选的，在所述步骤s5中，所述碳化处理的操作具体为将烘干处理之后的产物置
于内循环封闭式限氧生物质炭热裂解转窑中进行碳化；在进行碳化处理时，碳化温度为600-800℃。
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本发明的有益效果是：
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1、本发明采用玉米芯颗粒作为碳化原料在业内为首例，玉米芯颗粒具有比较好的吸水性，同时具有一定的强度，原料容易获得，并且产量丰富。
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2、本发明采用水溶性好的氯化钙和氯化镧，经济安全，能有效的在生物质炭表面或内部的片状金属结晶，能够与显负电荷的阴离子吸附质(磷酸盐)产生静电作用并形成单核或多核的复合物。
[0019]
3、本发明实现了学术研究上的应用转化，同时根据规模化生产的特点，成功完成了改性生物质炭规模化生产的工艺确定。
附图说明
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图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
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为了更好地理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定：本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
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实施例1
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参见图1，本实施例提供一种制备钙-镧改性除磷生物质炭的生产工艺，具体如下：
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步骤s1、制备混合物，选取120方的水泥池，将氯化钙、氯化镧和水置于水泥池中，氯化钙、氯化镧与水按比例溶解，溶解过程中进行搅拌，待氯化钙和氯化镧完全溶解后，得到混合物。
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步骤s2、将玉米芯进行干燥处理，直至玉米芯的含水量低于10％，然后将玉米芯破碎成粒径5mm的玉米芯颗粒，在本实施例中将选择将玉米芯干燥至含水量为9％进行破碎，再对碳化原料进行抛光处理；对于本生产工艺而言，只需要将碳化原料进行抛光直至抛光度高于或等于60％即可，具体为多少，本工艺并不限定，在本实施例中将玉米芯颗粒进行抛光直至抛光度为80％；。
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步骤s3、将抛光后的玉米芯颗粒放入步骤s1中的混合物中浸泡，玉米芯颗粒与混合物的的质量比为4:1；然后得到碳化原料；
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浸泡对于本工艺而言，需持续搅拌，直到池底的残渣量小于2％即可进行步骤s4，在本实施例中池底的残渣量为1.9％。
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步骤s4、将碳化原料进行烘干处理，在本步骤中，通过铲车等机具，将步骤s3中得到的碳化原料置于旋转碳炉烘干设备中进行烘干，将烘干处理之后的产物通过仪表检测，水分含量小于8％。
[0029]
步骤s5、将经过干燥后的碳化原料进行碳化处理，也即是将碳化原料置于内循环封闭式限氧生物质炭热裂解转窑中进行碳化，得到生物质炭，进料方式为螺旋进料，碳化温度800℃，出料后在对得到的生物质炭进行喷淋降温，然后进行干燥处理；喷淋降温的操作为采用中性自来水进行喷洒。
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本工艺选用的玉米芯原料来源于山东省某农业科技公司，采购量40t，本工艺的实施场地位于江苏省某碳化公司，碳化设备为内循环封闭式限氧生物质炭热裂解转窑，该设备的吞吐量为80t/d，烘干设备为旋转碳炉烘干设备。
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本次生产原料重量为40t，浸泡后增重至72t，改性生物质炭产量54.2t。
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针对本次改性生物质炭除磷效果检测，生产过程中分批次检测，采用磷酸二氢钾配比的磷标液，采用钼酸锑分光光度计法检测，检测的平均吸附饱和量为120mg/g。
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实施例2
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本实施例也提供了一种制备钙-镧改性除磷生物质炭的生产工艺，不同于实施例2之处在于：
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在步骤s2中，将玉米芯进行干燥至含水量为7％，将玉米芯破碎成粒径8mm的颗粒，将玉米芯颗粒进行抛光直至抛光度为65％；
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在步骤s3中，玉米芯颗粒与混合物的的质量比为6:1的比例进行混合浸泡；浸泡之后残渣量为1.5％；然后得到碳化原料；
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在步骤s4中，将碳化原料进行烘干，烘干水分含量小于6％；
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在步骤s5中，将经过干燥后的碳化原料进行碳化处理，碳化温度为700℃。
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以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。