【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于吸附相關(guān)方法，更具體地說，特別涉及一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝。
技術(shù)介紹
1、隨著全球能源需求的不斷增長和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，尋找可再生和環(huán)保的能源解決方案成為當(dāng)務(wù)之急。在這一背景下，生物質(zhì)能作為一種豐富、可再生且相對(duì)清潔的能源資源，受到了廣泛的關(guān)注。秸稈作為農(nóng)業(yè)廢棄物中的重要組成部分，其資源化利用具有重要的意義。
2、傳統(tǒng)的秸稈處理方式，如焚燒或直接還田，存在諸多問題。焚燒會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的空氣污染和資源浪費(fèi)，而直接還田可能會(huì)引發(fā)病蟲害傳播和土壤結(jié)構(gòu)破壞等問題。因此，將秸稈轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品，如生物質(zhì)炭，成為了研究的熱點(diǎn)。
3、在現(xiàn)有技術(shù)中，秸稈生物質(zhì)炭的制備工藝存在著一些局限性。許多傳統(tǒng)工藝在制備過程中難以精確控制反應(yīng)條件，導(dǎo)致產(chǎn)物的質(zhì)量和性能不穩(wěn)定。例如，反應(yīng)溫度、氣氛和時(shí)間等參數(shù)的控制不夠精準(zhǔn)，使得生物質(zhì)炭的孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積和元素組成等關(guān)鍵指標(biāo)難以達(dá)到理想水平，從而限制了其在吸附、儲(chǔ)能和土壤改良等領(lǐng)域的應(yīng)用效果。
4、同時(shí)，傳統(tǒng)工藝在純化處理環(huán)節(jié)往往效果不佳，無法有效去除雜質(zhì)，影響了生物質(zhì)炭的純度和性能。而且，現(xiàn)有工藝在能源利用效率方面也有待提高，存在著能耗較高、反應(yīng)時(shí)間長等問題，增加了生產(chǎn)成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。
5、此外，對(duì)于制備過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化和反應(yīng)機(jī)制的研究還不夠深入，缺乏有效的原位監(jiān)測(cè)手段和分析方法，難以對(duì)工藝進(jìn)行精準(zhǔn)優(yōu)化和改進(jìn)。在實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)有的秸稈生物質(zhì)炭產(chǎn)品在性能和穩(wěn)定性方面也難以滿足日益多樣化和高標(biāo)準(zhǔn)的市場(chǎng)需求。
6、綜上所
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，以解決上述的問題。
2、一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，包括以下步驟：
3、步驟a：對(duì)秸稈進(jìn)行預(yù)處理，去除雜質(zhì)，先將秸稈粉碎至長度為1-3厘米的小段，然后用清水沖洗3次，再置于60℃的干燥箱中干燥2小時(shí)；
4、步驟b：將預(yù)處理后的秸稈置于由不銹鋼制成、容積為50升的反應(yīng)容器中，反應(yīng)容器配備有實(shí)時(shí)溫度和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
5、步驟c：在溫度為400-600℃、氣氛為氧氣含量20％-30％、氮?dú)夂?0％-80％的條件下，進(jìn)行熱化學(xué)氧化反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間t根據(jù)公式t＝k×(t-t0)/p計(jì)算，其中k為反應(yīng)速率常數(shù)，t為反應(yīng)溫度，t0為初始溫度，p為氧氣分壓，反應(yīng)速率常數(shù)k取值0.05，初始溫度t0為25℃，氧氣分壓p為0.2mpa，反應(yīng)過程中采用微波輔助加熱，微波功率為500w；
6、步驟d：反應(yīng)結(jié)束后，采用自然冷卻至室溫，并收集熱化學(xué)氧化反應(yīng)結(jié)束后得到的未經(jīng)純化處理的秸稈生物質(zhì)炭，冷卻過程中使用紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本步驟中產(chǎn)物溫度；
7、步驟e：對(duì)步驟d中收集的產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步的純化處理，采用酸洗和堿洗相結(jié)合的方式，酸洗使用濃度為5％的鹽酸溶液，堿洗使用濃度為3％的氫氧化鈉溶液，純化過程引入超聲處理，超聲頻率為40khz，處理時(shí)間為30分鐘；
8、步驟f：對(duì)步驟e純化后的產(chǎn)物進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)其比表面積、孔隙率和元素組成，比表面積通過bet法測(cè)量，孔隙率通過壓汞法測(cè)定，元素組成通過x射線熒光光譜儀分析，并利用人工智能算法對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化工藝參數(shù)。
9、優(yōu)選的，所述步驟a中，粉碎后的秸稈顆粒平均直徑為0.5-1厘米，所述步驟b中，反應(yīng)容器的內(nèi)壁經(jīng)過耐高溫涂層處理。
10、優(yōu)選的，所述步驟c中，升溫速率控制在10℃/分鐘，所述步驟d中，自然冷卻過程中，每隔30分鐘測(cè)量一次熱化學(xué)氧化反應(yīng)結(jié)束后得到的未經(jīng)純化處理的秸稈生物質(zhì)炭溫度。
11、優(yōu)選的，所述步驟e中，酸洗時(shí)間為1小時(shí)，堿洗時(shí)間為1.5小時(shí)。
12、優(yōu)選的，所述步驟f中，人工智能算法為基于深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。
13、優(yōu)選的，對(duì)通過步驟a-步驟f處理后得到的秸稈生物質(zhì)炭使用等離子體處理技術(shù)進(jìn)行表面改性，處理時(shí)間為10分鐘，功率為1kw。
14、優(yōu)選的，所述等離子體處理過程中的工作氣體為氬氣，氣體流量為10l/min。
15、優(yōu)選的，采用原位表征技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱化學(xué)氧化反應(yīng)過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化。
16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下有益效果：
17、1、顯著提高生物質(zhì)炭的質(zhì)量和性能：通過精確控制秸稈的預(yù)處理、反應(yīng)條件以及引入微波輔助加熱、超聲處理等新興技術(shù)，所制備的生物質(zhì)炭具有更高的比表面積和孔隙率，元素組成更加合理，使其在吸附、儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有更出色的性能表現(xiàn)。
18、2、高效節(jié)能：采用微波輔助加熱和精準(zhǔn)的升溫速率控制，大大提高了反應(yīng)效率，減少了能源消耗，縮短了制備時(shí)間。
19、3、優(yōu)化的純化過程：酸洗和堿洗結(jié)合超聲處理的純化方式，能更有效地去除雜質(zhì)，提高生物質(zhì)炭的純度，增強(qiáng)其在各種應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。
20、4、創(chuàng)新的表面改性和微觀結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)：等離子體處理技術(shù)改善了生物質(zhì)炭的表面化學(xué)性質(zhì)，增加了活性位點(diǎn)，原位表征技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化，為工藝優(yōu)化提供了有力依據(jù)，進(jìn)一步提升了產(chǎn)品質(zhì)量。
21、5、精準(zhǔn)的工藝控制：實(shí)時(shí)溫度和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及基于人工智能算法的數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制備過程的精確控制和工藝參數(shù)的優(yōu)化，確保了產(chǎn)品性能的一致性和穩(wěn)定性。
22、6、原料適應(yīng)性廣：能夠處理多種類型的秸稈原料，包括小麥秸稈、玉米秸稈、水稻秸稈等，以及它們的混合原料，提高了原料的利用率和工藝的適用性。
23、7、環(huán)境友好：該工藝在制備過程中減少了污染物的排放，同時(shí)所生產(chǎn)的生物質(zhì)炭可用于土壤改良、廢水處理等環(huán)保領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了秸稈的資源化利用，減輕了環(huán)境壓力。
24、8、推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展：所制備的高性能生物質(zhì)炭在土壤改良中能夠提高土壤肥力和保水能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展；在廢水處理中能有效去除污染物，保護(hù)水資源；在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，為新能源產(chǎn)業(yè)提供了有力支持。
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1.一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述步驟A中，粉碎后的秸稈顆粒平均直徑為0.5-1厘米。
3.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述步驟B中，反應(yīng)容器的內(nèi)壁經(jīng)過耐高溫涂層處理。
4.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述步驟C中，升溫速率控制在10℃/分鐘。
5.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述步驟D中，自然冷卻過程中，每隔30分鐘測(cè)量一次熱化學(xué)氧化反應(yīng)結(jié)束后得到的未經(jīng)純化處理的秸稈生物質(zhì)炭溫度。
6.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述步驟E中，酸洗時(shí)間為1小時(shí)，堿洗時(shí)間為1.5小時(shí)。
7.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述步驟F中，人工智能算法為基于深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。
8.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)
9.如權(quán)利要求8所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述等離子體處理過程中的工作氣體為氬氣，氣體流量為10L/min。
10.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，采用原位表征技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱化學(xué)氧化反應(yīng)過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述步驟a中，粉碎后的秸稈顆粒平均直徑為0.5-1厘米。
3.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述步驟b中，反應(yīng)容器的內(nèi)壁經(jīng)過耐高溫涂層處理。
4.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述步驟c中，升溫速率控制在10℃/分鐘。
5.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化學(xué)氧化制備工藝，其特征在于，所述步驟d中，自然冷卻過程中，每隔30分鐘測(cè)量一次熱化學(xué)氧化反應(yīng)結(jié)束后得到的未經(jīng)純化處理的秸稈生物質(zhì)炭溫度。
6.如權(quán)利要求1所述一種秸稈生物質(zhì)炭的熱化...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：雷平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：綿陽師范學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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