本發(fā)明屬于生物焦炭活化技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化方法。

背景技術(shù)：

生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，可同時(shí)生產(chǎn)高熱值化的生物燃?xì)?、生物焦炭、木焦油和木醋酸，?jīng)濟(jì)效益顯著，大力促進(jìn)了生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。作為生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)三大產(chǎn)品之一的生物質(zhì)焦炭是一種廉價(jià)的吸附劑，可應(yīng)用于水處理、污染土壤修復(fù)、空氣凈化、co2捕集、煙氣脫硫脫硝等領(lǐng)域，工業(yè)用途廣泛。改善生物焦炭的吸附性能，提高其附加值，是推動(dòng)生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的重要?jiǎng)恿Α?/p>

生物焦炭的表面特性是影響其吸附性能的重要因素，改善生物焦炭的表面特性是提高其吸附性能的重要手段。目前改善生物焦炭表面特性的方法主要是單一的物理活化或化學(xué)活化方法，常用的物理活化劑有co2及h2o，常用的化學(xué)活化劑為koh、k2co3；此類活化方式僅僅注重提高生物焦炭的比表面積和孔隙率，而忽略了其表面化學(xué)特性，對(duì)其吸附性能的改善程度不高。因此，尋求更為高效的方法對(duì)生物焦炭進(jìn)行活化處理是本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化方法，其可實(shí)現(xiàn)一步活化過程中同時(shí)改善生物焦炭的表面物理化學(xué)特性，可制備孔隙率發(fā)達(dá)、含氮官能團(tuán)豐富、吸附性能好的生物焦炭，具有原料廉價(jià)易得，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品適應(yīng)性廣的優(yōu)點(diǎn)，制備的生物焦炭適用于水處理、污染土壤修復(fù)、空氣凈化、co2捕集、煙氣脫硫脫硝等領(lǐng)域。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化方法，其包括以下步驟：

(1)將生物焦炭從用于進(jìn)行活化的活化室的頂部送入該活化室中，該生物焦炭在自身重力以及設(shè)于所述活化室內(nèi)部的活化劑預(yù)混室的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下自上而下運(yùn)動(dòng)；

(2)將化學(xué)活化劑以及富含物理活化劑的高溫?zé)煔馔ㄈ胨龌罨瘎╊A(yù)混室中進(jìn)行預(yù)混以形成高溫?zé)煔饣罨瘎┗旌衔?，然后將該混合物從所述活化劑預(yù)混室中送入所述活化室中，以為活化過程提供熱量和物理化學(xué)活化劑；

(3)所述生物焦炭在自上而下的運(yùn)動(dòng)過程中與所述混合物充分接觸，以此完成整個(gè)活化過程。

本發(fā)明以生物焦炭為原料，富含co2高溫?zé)煔夂秃坊虬睆U液的混合物同時(shí)作為熱源和物理化學(xué)活化劑，對(duì)生物焦炭進(jìn)行物理化學(xué)聯(lián)合活化，在一步活化過程中同時(shí)改善生物焦炭的表面物理化學(xué)特性，可制備孔隙發(fā)達(dá)、表面化學(xué)性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的生物焦炭，并實(shí)現(xiàn)大批量用于污染氣體捕集、水體凈化、土壤改良及修復(fù)等領(lǐng)域，該方法原料廉價(jià)易得，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品適應(yīng)性廣。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述生物焦炭為農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)加工廢棄物、藻類、污泥、垃圾中的一種或幾種混合物的熱解或氣化固體殘?jiān)?。本發(fā)明通過利用上述廢棄物作為生物質(zhì)制備的原材料，在節(jié)約成本的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)廢物的高值化利用，減少不可再生資源的消耗。作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述富含物理活化劑的高溫?zé)煔鉃楦缓琧o2的高溫?zé)煔?，具體為co2濃度大于20％，溫度大于700℃的煙氣。本發(fā)明利用該富含co2的高溫?zé)煔庠跐M足物理化學(xué)活化溫度的同時(shí)，也提供了足夠的物理活化劑co2。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述化學(xué)活化劑為含胺或氨的廢液，具體為合成有機(jī)胺、無機(jī)氨工藝廢液中的一種或兩者的混合溶液，或者為配置的有機(jī)胺、無機(jī)氨溶液中的一種或兩者的混合溶液。本發(fā)明利用該含胺或氨的廢液作為化學(xué)活化劑，改善生物焦炭表面化學(xué)特性，促進(jìn)其吸附性能，同時(shí)將本應(yīng)該耗資處理的廢液，變廢物為寶，作為高性能吸附劑的活化劑。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述有機(jī)胺、無機(jī)氨為脂肪胺、醇胺、酰胺、脂環(huán)胺、芳香胺、萘系胺、氨水、銨鹽。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述化學(xué)活化劑為濃度10％-100％的氨氣，優(yōu)選的，所述化學(xué)活化劑為有機(jī)胺、無機(jī)氨溶液與10％-100％的氨氣的混合物。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述富含co2的高溫?zé)煔夂秃坊虬睆U液的化學(xué)活化劑中co2與胺或氨的物質(zhì)量比為1:1-5:1，優(yōu)選控制在2:1。通過將co2和胺或氨的體積比控制在上述范圍內(nèi)，使得在一步高溫處理過程中同時(shí)提高生物焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性能。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述物理化學(xué)聯(lián)合活化的時(shí)間為0.5h～2h，優(yōu)選為1h。在該活化時(shí)間下，保證物理化學(xué)活化完全的同時(shí)，也能減少生物焦炭過度熱反應(yīng)的損失。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述混合物通過所述活化劑預(yù)混室外壁上的氣孔均勻的送入所述活化室中，該外壁上設(shè)置有螺旋翅片。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述氣孔為圓孔，直徑為2mm-10mm，60度錯(cuò)排，相鄰兩個(gè)圓孔間的中心距為兩倍圓孔的直徑。采用此種尺寸及布置方式的氣孔時(shí)，保證含有物理化學(xué)活化劑的高溫?zé)煔飧泳鶆虻剡M(jìn)入活化室。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述螺旋翅片的翅高為活化室直徑與預(yù)混室直徑差的3/8，螺距為預(yù)混室長(zhǎng)度的1/4-1/8。在該尺寸的螺旋翅片下，滿足改性過程中生物焦炭更加順利的自上而下移動(dòng)，避免堵塞活化室，達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明的生物焦炭活化方法采用富含物理活化劑的高溫?zé)煔馀c化學(xué)活化劑的混合氣同時(shí)作為供熱熱源以及物理化學(xué)活化介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物焦炭的物理化學(xué)特性的一步改性，不僅增加了生物焦炭的比表面積和孔隙率，同時(shí)也增加了表面含氮官能團(tuán)，顯著改善其對(duì)酸性物質(zhì)的吸附性能；

2.本物理化學(xué)聯(lián)合活化方法中采用富含co2高溫?zé)煔馀c生物焦炭直接接觸供熱，熱量利用率高，同時(shí)也利用了煙氣中co2物理活化作用，無需再加物理活化劑，降低了制備成本；

3.本物理化學(xué)聯(lián)合活化方法中采用合成有機(jī)胺、無機(jī)氨工藝中廢液作為化學(xué)活化劑，變污染環(huán)境的廢液為寶，在降低制備成本同時(shí)也增強(qiáng)了環(huán)境友好性；

4.本發(fā)明通過活化劑預(yù)混室進(jìn)行物理化學(xué)活化劑的預(yù)混，能夠適用不同活化劑種類，可直接使用氣態(tài)nh3作為化學(xué)活化劑，也可用液態(tài)含氮溶液作為化學(xué)活化劑，同時(shí)能夠更精確的控制活化劑的使用比例，使經(jīng)活化處理的生物焦炭具有更佳的表面物理化學(xué)特性；

5.本物理化學(xué)聯(lián)合活化方法制備工藝流程簡(jiǎn)短，成本低廉，有利于大批量生產(chǎn)高吸附性能的生物焦炭。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化裝置的剖視圖。

圖中：1.給料器2.外壁3.氣孔4.螺旋翅片5.供熱煙道6.活化劑通道7.出料裝置8.冷卻裝置9.活化劑預(yù)混室10.活化室11.尾部排煙裝置。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種生物焦炭物理化學(xué)聯(lián)合活化方法，其包括以下步驟：

(1)將生物焦炭從用于進(jìn)行活化的活化室的頂部送入該活化室中，該生物焦炭在自身重力以及設(shè)于所述活化室內(nèi)部的活化劑預(yù)混室的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下自上而下運(yùn)動(dòng)；

(2)將化學(xué)活化劑以及富含物理活化劑的高溫?zé)煔馔ㄈ胨龌罨瘎╊A(yù)混室中進(jìn)行預(yù)混以形成高溫?zé)煔饣罨瘎┗旌衔?，然后將該混合物從所述活化劑預(yù)混室中送入所述活化室中，以為活化過程提供熱量和物理化學(xué)活化劑；

(3)所述生物焦炭在自上而下的運(yùn)動(dòng)過程中與所述混合物充分接觸，以此完成整個(gè)活化過程。

具體的，生物焦炭為農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)加工廢棄物、藻類、污泥、垃圾中的一種或幾種混合物的熱解或氣化固體殘?jiān)?/p>

優(yōu)選的，富含物理活化劑的高溫?zé)煔鉃楦缓琧o2的高溫?zé)煔猓唧w為co2濃度大于20％，溫度大于700℃的煙氣，以保證活化過程的活化溫度控制在700℃-900℃，優(yōu)選控制在800℃，而物理化學(xué)聯(lián)合活化的時(shí)間優(yōu)選控制在0.5h～2h，優(yōu)選為1h。

進(jìn)一步的，化學(xué)活化劑為含胺或氨的廢液，具體為合成有機(jī)胺、無機(jī)氨工藝廢液中的一種或兩者的混合溶液，或者為配置的有機(jī)胺、無機(jī)氨溶液中的一種或兩者的混合溶液。所述有機(jī)胺、無機(jī)氨優(yōu)選為脂肪胺、醇胺、酰胺、脂環(huán)胺、芳香胺、萘系胺、氨水、銨鹽。

進(jìn)一步的，化學(xué)活化劑為濃度10％-100％的氨氣，優(yōu)選的，化學(xué)活化劑為有機(jī)胺、無機(jī)氨溶液與10％-100％的氨氣的混合物。

更為具體的，富含co2的高溫?zé)煔夂秃坊虬睆U液的化學(xué)活化劑中co2與胺或氨的物質(zhì)量比為1:1-5:1，優(yōu)選控制在2:1。

此外，該方法還包括步驟(4)完成活化處理的生物焦炭冷卻后排出。

圖2為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明活化方法的活化裝置，如圖2所示，該裝置包括給料器1、供熱煙道5、活化劑通道6、活化劑預(yù)混室9、活化室10，其中給料器1設(shè)置在活化室10頂部，向活化室10內(nèi)提供生物質(zhì)焦炭；所述供熱煙道5位于活化室底部，用于提供作為生物焦炭活化過程中的熱量和物理活化劑的高溫?zé)煔?；所述活化劑通?位于活化室底部，為活化過程提供化學(xué)活化劑，優(yōu)選的，活化室10設(shè)計(jì)成中空結(jié)構(gòu)；活化劑預(yù)混室9設(shè)于活化室中空結(jié)構(gòu)中，該活化劑預(yù)混室9的外壁2優(yōu)選設(shè)計(jì)成圓筒狀，該圓筒狀外壁上有序的設(shè)置有多個(gè)氣孔3，高溫?zé)煔夂突瘜W(xué)活化劑首先通入活化劑預(yù)混室9中并在活化劑預(yù)混室9中進(jìn)行預(yù)先混合以形成預(yù)混氣，然后預(yù)混氣通過圓筒狀外壁上的氣孔3進(jìn)入活化室10的中空結(jié)構(gòu)中，該活化劑預(yù)混室9為活化室10提供熱源及均勻、具有特定比例的活化劑混合物；此外，圓筒狀外壁2上焊接有螺旋翅片4，由此使得生物焦炭從頂部進(jìn)入活化室10后，在自身重力及活化劑預(yù)混室9的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，自上而下運(yùn)動(dòng)與高溫?zé)煔夂突罨瘎┑念A(yù)混氣充分接觸，以完成活化過程。本發(fā)明通過圓筒狀外壁上設(shè)置的螺旋翅片，使得供給到中空結(jié)構(gòu)中的生物焦炭在自身重力的作用下掉落在螺旋翅片上停留一定的時(shí)間，并在活化劑預(yù)混室?guī)?dòng)下實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，以此實(shí)現(xiàn)自上而下運(yùn)動(dòng)以與物理活化劑和化學(xué)活化劑充分接觸，提高活化率。

具體的，活化裝置還包括冷卻裝置8和出料裝置7，該冷卻裝置8和出料裝置7均設(shè)于活化室10的底部側(cè)面，生物焦炭完成活化過程后進(jìn)入冷卻裝置冷卻再經(jīng)出料裝置排出。優(yōu)選的，冷卻裝置設(shè)置在出料裝置的外周，以使得在生物焦炭排出過程中對(duì)該生物焦炭進(jìn)行冷卻，冷卻裝置為水冷或空冷裝置，優(yōu)選水冷裝置。具體的，活化裝置還包括尾部排煙裝置11，該尾部排煙裝置11設(shè)置在活化室10的頂部。

優(yōu)選的，供熱煙道向活化劑預(yù)混室內(nèi)提供富含co2的高溫?zé)煔馔瑫r(shí)作為活化過程的熱源和物理活化介質(zhì)，該co2作為物理活化介質(zhì)，活化劑通道向活化劑預(yù)混室內(nèi)提供nh3作為化學(xué)活化劑，實(shí)際操作時(shí)，通過調(diào)節(jié)高溫?zé)煔夂蚽h3的流量以實(shí)現(xiàn)co2和nh3的比例的調(diào)節(jié)，優(yōu)選的co2和nh3的體積比控制在1:1-5:1，更為優(yōu)選的控制在2:1。

具體的，活化室長(zhǎng)徑比3:1-5:1，活化室與預(yù)混室直徑比為2:1-3:1，在該尺寸下可以達(dá)到更佳的物理化學(xué)活化氣固反應(yīng)；更為具體的，圓筒上的氣孔為圓孔，直徑為2mm-10mm，優(yōu)選5mm，60度錯(cuò)排，相鄰圓孔間中心距為兩倍圓孔直徑，在該尺寸下，保證含有物理化學(xué)活化劑的高溫?zé)煔飧泳鶆虻剡M(jìn)入活化室；更進(jìn)一步的，螺旋翅片的翅高為活化室直徑與預(yù)混室直徑差的3/8，螺距為預(yù)混室長(zhǎng)度的1/4-1/8，在該尺寸下能滿足改性過程中生物焦炭更加順利的自上而下移動(dòng)，避免堵塞活化室，達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)。

進(jìn)一步的，活化劑預(yù)混室設(shè)有至少兩個(gè)入射口，分別作為高溫?zé)煔夂突瘜W(xué)活化劑的入口，入射口優(yōu)選采用旋流噴射結(jié)構(gòu)，以加強(qiáng)高溫?zé)煔馀c化學(xué)活化劑氣流的擾動(dòng)和混合。

此外，活化裝置還設(shè)置有溫度、壓力檢測(cè)裝置和流量控制裝置，該溫度、壓力檢測(cè)裝置對(duì)活化室內(nèi)的溫度、壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，流量控制裝置用于控制供熱煙道的煙氣流量，以保證最佳的活化溫度。本發(fā)明通過設(shè)置溫度、壓力檢測(cè)裝置和流量控制裝置，能夠精確控制活化溫度，改善活化效果，同時(shí)采用高溫?zé)煔馀c生物焦炭直接接觸供熱，熱量利用率高。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。