生物质炭的应用

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生物质炭的应用

——昆明理工大学生物质能源是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的能源之一。据估计，植物每年贮存的能量大约为世界主要燃料消耗的10倍；而生物质能作为能源的利用量还不到总能源消耗的1%。这些未加以利用的生物质绝大部分通过自然腐解和碳素释放的方式回到自然界之中。事实上，生物质能源是人类利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有

15

然气(Bio—

及装置如图2所示，生物质炭如图3所示。

图2生物质热解流化床装置图

图3生物质炭（核桃壳炭、玉米芯炭、椰子壳炭、稻壳炭、秸秆炭）昆明理工大学冶金与能源工程学院通过多年研究，在生物质炭的应用方面取得了一定成果，可以将生物质炭应用于以下方面：

一、制备高性能机制炭

二、制备过滤炭砖

三、制备具有吸附功能的炭工艺品

四、制备环保无烟香

一、高性能生物质机制炭的制备

长期以来，木炭一直被广泛地用作生活燃料，如取暖、烧烤、火锅燃料，木炭是将木材在缺氧的条件下燃烧或热解而制取的，生产木炭需要消耗大量的森林资源，严重破坏了生态环境，我国森林覆盖面积不到国土的10%，森林的形成需要一定的生长周期，大量的森林砍伐不符合保护生态环境、创建低炭社会、发展循环经济的要求。土窑制炭工艺具有密封性差、生产周期长、产量低、

无烟无

生物质炭粘结剂发泡剂水分

70~805~151~55~10

本发明的有益效果为：机制炭的固定炭含量≥80%，灰分≤5%，热值≥35MJ/Kg,燃烧时最高温度可以达到430℃；且该机制炭的生产方法简便，脱灰效果好，孔隙率高，与传统的先成型后在土窑中炭化的机制炭制备方法相比，该方法采用先炭化后成型工艺，炭化过程中密封效果好且热解烟气得到充分利用，大幅度地提高了生物质炭产率，有效地缩短了生产周期，降低了生产成本；该生物质机制炭的生产成本为1800元/吨，比传统生产方法降低了600元/吨；该生物质机制炭市场售价为

3500元/吨，比传统生产方法平均市场售价降低了500元/吨；且该方法制备的机制炭平均产量高达50吨/月，比传统制备方法的平均产量提高了20吨/月。

图5生物质机制炭实物图

图6生物质机制炭燃烧及脱灰效果图

二、过滤炭砖的制备

现在房屋的地面最常见的为现浇混泥土，或是在混泥土中加入石粒而磨成水磨石地面，也有铺设瓷砖或大理石的，这种地面或地面装饰品都有一个缺陷，即不能吸水，以致搞卫生时用水擦洗地面以后水分久久不能消去，下雨天鞋子上所带的泥水将地面弄得泥泞不雅，而且在春节的南风天时

爽，

气中。

（干馏）

脚。

有分散的生物质炭末，且经过发泡剂发酵之后生物质炭末的孔隙大幅度提升，砖体的吸水性能良好，从而能够保持砖面干爽；2，砖体吸入水分以后也不影响砖体的硬度，砖体所吸收的水分能够较快地向下注入地下或向上挥发于空气中；3，生物质炭主要由农林生物质原料（核桃壳、松子壳、辣椒秆、秸秆、烟秆、、花生壳，咖啡壳、椰子壳、玉米芯、甘蔗渣、糠醛渣等）热解（干馏）而得，充分利用了植物废料，变废为宝，而且热解过程中产生的气体可以用作生活燃气，实现了一举多得的有益效果；4，炭砖中所添加的微硅粉为工业硅生产企业难处理废料，炭砖的大规模生产和应用将有效地解决硅厂微硅粉堆放难处理的问题，变废为宝；5，该技术所制备的过滤地面炭砖可部分

替代地面砖、瓷砖，节约自然资源。下面结合具体实施步骤和附图对本实用新型技术作进一步说明：制备过滤炭砖的流程图如下所示：

图7过滤炭砖制备流程图

具体实施步骤：

⑴收取辣椒秆、烟杆、核桃壳、松子壳、椰子壳、玉米芯、甘蔗渣、糠醛渣、咖啡壳、花生壳等农林生物质原料；

⑵炭化：将粉碎后的生物质原料放入流化床中于400℃~900℃下热解制炭，将热解过程中产生的生

隙，

如图9和图10所示，炭砖下面设计了长条状和立柱状柱脚，该外形便于水分向下注入地下，同时

阻止地下水分浸湿砖体。

图9柱脚为长条状的实用新型结构示意图

图10柱脚为立柱状的实用新型结构示意图

三、具有吸附功能的炭工艺品的制备

生物质炭工艺品是以生物质炭为材料经过相关技术和艺术加工而成的新型工艺品，它不但艺术形式多姿多彩、内容题材广泛、造型优美高雅，还保留了生物质炭的超强吸附能力，兼具净化性和美观性，主要有炭雕、炭画、炭+瓷（金属）等艺术形式。是现代工艺品大家族中新兴的产品，日益受

到人们的青睐。

随着社会的进步，人们的生活水平不断改善，人们对生活的质量要求不断提高，拥有健康、舒适、和谐、高雅的生活空间逐渐成为人们所向往的理想目标。为了提高生活环境的的格调品位，更好的体现人们的素养追求，人们往往会选择一些工艺品陈列摆放在家居、办公环境中或轿车之内，不但能够增加环境空间的装饰效果，还能净化空气，改善办公环境空气质量，陶冶情操，缓解工作压力，提高工作效率。虽然各种新型装修材料给我们的生活空间带来了更丰富、更舒适、更有格调的效果，但随之而来的环境污染也让人们防不胜防，于是各种风格，各种形式的，具有高吸附性能的生物质

1

炭画、炭瓷

等。

2

(一)

另外

原因

雕刻机可以迅速大范围的生产，所以市场上常见的生物质炭字画、壁挂、圆盘、挂件多为机雕，雕刻内容以传统的吉祥纹样、花卉、名人书法最为常见，如象征富贵的牡丹、象征人格修养的岁寒三友、象征生活富足的莲年有鱼等，符合大众的审美与对生活幸福安康心理追求。

（二）炭板画

把生物质炭一次成型或将成型炭切割制成厚度各异的炭板，在炭板上使用颜料进行艺术绘画，就是炭板画。炭板画和传统绘画一样要进行起稿、上色、勾勒等过程，为了环保，使用的颜料必须天然无毒，为了尽量保留生物质炭的吸附面积，颜料涂抹要尽量少占炭板的面积，所以我们看到的炭板画在构图中尽量大面积的留出炭板的空白面积。生物质炭板画题材丰富、颜色艳丽、内容多样，

也可以加框以装裱的形式悬挂，雅俗共赏。主要题材有花卉风景、人物动物；风格有国画形式、西画形式和版画形式，具体表现有古典的具象写实也有现代的简约抽象。随着科技水平提高和新材料的不断出现，炭版画的形式也不断推陈出新，如利用传统的景泰蓝镶嵌工艺，以金黄色、银白色等彩色金属丝镶嵌在生物质炭炭板上，然后以各种颜色的宝石、玉石、彩石等颗粒为画面色彩填充到金属丝圈定的范围内，最后采用特殊材料将金丝、颜色等牢牢固定在生物质炭板上，最终形成的景泰蓝生物质炭板画，打破了传统炭板画的形式，具有独特的艺术效果。另外还有在炭板上利用各种花色品种的布料进行拼贴造型的。

物质炭+

式，

炭+

雕刻、

利

明：

纤维板、胶合板、泡沫材料等，而这些材料中往往含有苯、甲苯、二甲苯、甲醛等有害物质，这些挥发性的有害物质会长期充斥在室内从而对人体造成危害。发泡剂发酵以后的生物质炭具有发达的孔隙，是一种良好的净化剂，能够长期有效地吸上述空气中的有害物质和一氧化碳、二氧化碳等多种不良气体，且无二次污染，但因为其通常为粉墨状，不便摆放在室内，且不美观，因此它的使用受到了限制。

为了解决上述问题，本课题组研制了一种能净化室内空气的实用新型生物质炭工艺品。炭工艺品的制备流程图如下所示：

图11炭工艺品制备流程图

炭工艺品的制备的具体步骤如下：

⑴收取辣椒秆、烟杆、核桃壳、松子壳、椰子壳、玉米芯、甘蔗渣、糠醛渣、咖啡壳、花生壳等农林生物质原料；

⑵炭化：将粉碎后的生物质原料放入流化床中于400℃~900℃下热解制炭，将热解过程中产生的生物质气体进一步处理后用作燃气；

⑶配料：将一定配比的生物质炭、粘结剂、发泡剂、水分混合均匀，常温下搅拌15~25分钟，搅拌速度为80~100转每分钟，制成均匀的混合原料，配料比如表3所示。

图12

香是通

香不

然后通过焚烧人工香烟条而产生香烟。由于前一种木材成本较高，只有少部分人有能力使用，大部分人选择使用后者。而市场上大部分的人工烟香条香薰理疗效果不好，燃烧时会释放大量的烟雾，对环境造成污染，且烟雾中含有致癌物质，用久了会使人有头晕、气腻的感觉。

21世纪，向低碳经济转型是人类文明的必经之路。我国政府已将发展低碳经济，应对全球气候危机视为重要国策。所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。

传统香行业向低碳经济转型是历史发展进程的必然选择。环保无烟香的推广应用，有利于家庭用香、文明礼佛，减少环境污染，降低有害气体排放。但无烟香的主要原料是木炭粉，传统木炭的生产原料取自于木材，木材的开采将于损害环境为代价（一棵树生长60年吸收1吨二氧化碳），开发利用传统木炭替代品，是实现环保制香行业可持续发展的必然选择，是实现制香企业向低碳经济转型的必然选择。

生物质农林废弃物原料是一种生长周期段，可再生的能源。农林废弃物作为短生长周期植物，随着作物的成熟收获，作物本身已经死亡。如果任“农作物秸秆”在自然环境下废弃腐烂，将产生

表4无烟香各组分配料量（wt.%）

生物炭粘结剂香精助燃剂（硝酸钾）清水

60~705~101~51~55~10

图14传统香（左）与环保无烟香（右）对比图