生物質炭的應用——昆明理工大學生物質能源是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能，最有可能成為21世紀主要的能源之一。據估計，植物每年貯存的能量大約為世界主要燃料消耗的10倍；而生物質能作為能源的利用量還不到總能源消耗的1%。這些未加以利用的生物質絕大部分通過自然腐解和碳素釋放的方式回到自然界之中。事實上，生物質能源是人類利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15億以上的人口以生物質作為生活能源。生物質燃燒是傳統的利用方式，不僅熱效率低下，而且勞動強度大，污染嚴重。通過生物質能源轉換技術可以高效地利用生物質能源，生產各種清潔燃料，替代煤炭，石油和天然氣等燃料，從而減少對礦物能源的依賴，保護國家能源資源，減輕能源消費對環境造成的污染。我國政府提出堅持“非糧為主、不與民爭糧、不與糧爭地”的生物質能源發展的基本原則。農林廢棄生物質原料包括植物類廢棄物（農林生產過程中產生的殘余物）、動物類廢棄物（牧、漁業生產過程中產生的殘余物）、加工類廢棄物（農林牧漁加工過程中產生的殘余物）和農村城鎮生活垃圾等四大類。云南丘北是我國著名的辣椒之鄉，以辣椒稈，秸稈等為代表的農林生物質原料產量豐富（部分農林生物質資源如圖1所示）。通過炭化（干餾）的方式對丘北縣八道哨的農林生物質原料進行熱解，并對熱解氣體和生物質炭產品進行加工處理，不僅能夠實現生物質能源的高效利用，而且還能夠改善該地的生態環境。圖1農林生物質原料（核桃殼、甘蔗渣、玉米芯、松子殼、秸稈、辣椒稈）生物質熱解氣化可將生物質原料轉化為以CO和H2為主的氣體燃料，可直接轉換實現燃氣、熱能和電能的供給。同時燃氣可以通過甲烷化反應，進而制備高品質生物質合成天然氣(Bio—SNG)，是生物質能開發的重要技術途徑，此外，生物質熱解之后產生的生物質炭是一種清潔環保的產品，通過加工處理，可以將生物質炭制備為各種高性能，實用的產品。生物質熱解流程及裝置如圖2所示，生物質炭如圖3所示。圖2生物質熱解流化床裝置圖圖3生物質炭（核桃殼炭、玉米芯炭、椰子殼炭、稻殼炭、秸稈炭）昆明理工大學冶金與能源工程學院通過多年研究，在生物質炭的應用方面取得了一定成果，可以將生物質炭應用于以下方面：一、制備高性能機制炭二、制備過濾炭磚三、制備具有吸附功能的炭工藝品四、制備環保無煙香一、高性能生物質機制炭的制備長期以來，木炭一直被廣泛地用作生活燃料，如取暖、燒烤、火鍋燃料，木磨石地面，也有鋪設瓷磚或大理石的，這種地面或地面裝飾品都有一個缺陷，即不能吸水，以致搞衛生時用水擦洗地面以后水分久久不能消去，下雨天鞋子上所帶的泥水將地面弄得泥濘不雅，而且在春節的南風天時地面也非常潮濕，既不衛生也不利于存放物品。80年代中期以前，雖有用粘土燒制的紅地磚，它有防潮作用，但由于其硬度差，容易磨損而逐漸不為人們所使用。利用農林生物質原料熱解后的生物質炭可以制備一種過濾地面炭磚，這種地面炭磚能快速地將磚體表面的水分吸干而保持磚面干爽，同時磚體硬度不受所吸水分的影響，磚體所吸收的水分能很快地向下注入地下或向上揮發于空氣中。本技術所制備的過濾地面炭磚主要由水泥、生物質炭末、骨料和發泡劑組成，水泥為粘結劑，水泥可以用普通水泥、白水泥或其他顏色的水泥，可以只用一種水泥，也可以兩種或幾種水泥混合使用。骨料主要由微硅粉、砂、石粒、石粉、燒制的粘土磚碎塊以及建筑垃圾等原料來充當，可以只用其中一種骨料，也可兩種或數種骨料混合使用。其中生物質炭末為農林生物質原料（核桃殼、松子殼、辣椒稈、秸稈、煙稈、花生殼，咖啡殼、椰子殼、玉米芯、甘蔗渣、糠醛渣等）經熱解（干餾）后剩余的生物質炭。發泡劑的作用是使炭磚在成型的過程中發酵并產生大量孔隙，孔隙的存在有利于對水分的吸收和過濾。為便于磚體內水分向下注入地下，同時阻止地下的水分浸濕磚體，磚體下面可有支撐磚體的柱腳。本技術所制備的過濾地面炭磚有如下優點：1，所用的植物炭性質穩定，具有很好的吸水性，可以收集、過濾雨水，其吸水后不影響自身的性能和硬度，且很快地將水分散發。混泥土磚體里面有分散的生物質炭末，且經過發泡劑發酵之后生物質炭末的孔隙大幅度提升，磚體的吸水性能良好，從而能夠保持磚面干爽；2，磚體吸入水分以后也不影響磚體的硬度，磚體所吸收的水分能夠較快地向下注入地下或向上揮發于空氣中；3，生物質炭主要由農林生物質原料（核桃殼、松子殼、辣椒稈、秸稈、煙稈、、花生殼，咖啡殼、椰子殼、玉米芯、甘蔗渣、糠醛渣等）熱解（干餾）而得，充分利用了植物廢料，變廢為寶，而且熱解過程中產生的氣體可以用作生活燃氣，實現了一舉多得的有益效果；4，炭磚中所添加的微硅粉為工業硅生產企業難處理廢料，炭磚的大規模生產和應用將有效地解決硅廠微硅粉堆放難處理的問題，變廢為寶；5，該技術所制備的過濾地面炭磚可部分替代地面磚、瓷磚，節約自然資源。下面結合具體實施步驟和附圖對本實用新型技術作進一步說明：制備過濾炭磚的流程圖如下所示：圖7過濾炭磚制備流程圖具體實施步驟：⑴收取辣椒稈、煙桿、核桃殼、松子殼、椰子殼、玉米芯、甘蔗渣、糠醛渣、咖啡殼、花生殼等農林生物質原料；⑵炭化：將粉碎后的生物質原料放入流化床中于400℃~900⑶配料：將生物質炭粉碎后與一定比例的水泥，發泡劑，水和骨混合均勻，水泥為粘結劑，生物質炭末為吸水劑，發泡劑主要作用是使生物質炭末與其他配料在模具中成型過程中發酵產生大量孔隙，從而達到具有高滲透性和吸水性的目標。個組分配料比如表2所示。其中水泥可以用普通水泥、白水泥或其他顏色的水泥，可以只用一種水泥，也可以兩種或幾種水泥混合使用。骨料主要由微硅粉、砂、石粒、石粉、燒制的粘土磚碎塊以及建筑垃圾等原料來充當，可以只用其中一種骨料，也可兩種或數種骨料混合使用。⑷將上述各組分混合并攪拌均勻，注入模具中擠壓或振動壓實成型，其中模具可以設計為不同形狀，模具的內上層表面可以設計為花紋狀，從而使炭磚上表面具有各種花紋或其他形狀，以滿足顧客的需求。注模之后靜置，固化后脫模，養護，最后除去磚體朝上一面表皮的水泥漿層，磨的同時加水沖洗，去除水泥，即得成品。表2過濾炭磚各組分配料量（wt.%）骨料生物質炭末發泡劑水泥水分50~6015~201~510~155~10如圖8所示，磚體內含有分散的植物炭末，在模具中成型的過程中植物炭末與發泡劑反應產生發達的孔隙，從而使炭磚具有很強的吸水滲透性能。圖8過濾炭磚剖視結構圖如圖9和圖10所示，炭磚下面設計了長條狀和立柱狀柱腳，該外形便于水分向下注入地下，同時阻止地下水分浸濕磚體。圖9柱腳為長條狀的實用新型結構示意圖圖10柱腳為立柱狀的實用新型結構示意圖三、具有吸附功能的炭工藝品的制備生物質炭工藝品是以生物質炭為材料經過相關技術和藝術加工而成的新型工藝品，它不但藝術形式多姿多彩、內容題材廣泛、造型優美高雅，還保留了生物質炭的超強吸附能力，兼具凈化性和美觀性，主要有炭雕、炭畫、炭+瓷（金屬）等藝術形式。是現代工藝品大家族中新興的產品，日益受到人們的青睞。隨著社會的進步，人們的生活水平不斷改善，人們對生活的質量要求不斷提高，擁有健康、舒適、和諧、高雅的生活空間逐漸成為人們所向往的理想目標。為了提高生活環境的的格調品位，更好的體現人們的素養追求，人們往往會選擇一些工藝品陳列擺放在家居、辦公環境中或轎車之內，不但能夠增加環境空間的裝飾效果，還能凈化空氣，改善辦公環境空氣質量，陶冶情操，緩解工作壓力，提高工作效率。雖然各種新型裝修材料給我們的生活空間帶來了更豐富、更舒適、更有格調的效果，但隨之而來的環境污染也讓人們防不勝防，于是各種風格，各種形式的，具有高吸附性能的生物質炭工藝品就成了人們的首選目標。市場上的生物質炭工藝品題材廣泛，造型各異，藝術形式多樣，生物質炭工藝品的藝術形式分類如下：1、生物質炭工藝品的分類生物質炭工藝品是將經發泡劑發酵后的生物質炭制備為成型材料，并用工具進行藝術化的加工處理制成的工藝品。生物質炭工藝品按擺放環境分為壁掛、擺件；按制作技術和工藝分為為炭雕、炭畫、炭瓷（金屬）結合等形式；具體有藝術花瓶、藝術筆筒、藝術圓盤、吉祥造型、吉祥掛件等工藝品，其中雕刻是生物質炭進行藝術造型的主要手段，其次有碳板繪畫、粘貼，炭瓷（金屬）結合的工藝等。2、生物質炭工藝品的藝術形式(一)炭雕炭雕是制造生物質炭工藝品的主要工藝手段，由于生物質炭的材料硬度適中，適合雕刻，另外成型的生物質炭可以制成各種大小、體量的雕刻胚件，也為炭雕工藝提供了條件，所以市場上的生物質炭工藝品以炭雕的形式居多。區別于傳統的木雕、玉雕等工藝品的是炭雕產品多為擺件，原因是生物質炭多為黑色，硬度不強，觸摸或放在手里不但會把手弄黑，而且汗水等會迅速進入物件內部，阻塞空隙，妨礙了吸附凈化效果，非常不適合把玩、佩戴。因此炭雕工藝品多數為“可遠觀而不可褻玩焉”的擺件。炭雕從制造工藝手段分為機雕和手工雕刻兩種形式，機雕的工藝品多數為浮雕，使用現代化的雕刻機可以迅速大范圍的生產，所以市場上常見的生物質炭字畫、壁掛、圓盤、掛件多為機雕，雕刻內容以傳統的吉祥紋樣、花卉、名人書法最為常見，如象征富貴的牡丹、象征人格修養的歲寒三友、象征生活富足的蓮年有魚等，符合大眾的審美與對生活幸福安康心理追求。（二）炭板畫把生物質炭一次成型或將成型炭切割制成厚度各異的炭板，在炭板上使用顏料進行藝術繪畫，就是炭板畫。炭板畫和傳統繪畫一樣要進行起稿、上色、勾勒等過程，為了環保，使用的顏料必須天然無毒，為了盡量保留生物質炭的吸附面積，顏料涂抹要盡量少占炭板的面積，所以我們看到的炭板畫在構圖中盡量大面積的留出炭板的空白面積。生物質炭板畫題材豐富、顏色艷麗、內容多樣，也可以加框以裝裱的形式懸掛，雅俗共賞。主要題材有花卉風景、人物動物；風格有國畫形式、西畫形式和版畫形式，具體表現有古典的具象寫實也有現代的簡約抽象。隨著科技水平提高和新材料的不斷出現，炭版畫的形式也不斷推陳出新，如利用傳統的景泰藍鑲嵌工藝，以金黃色、銀白色等彩色金屬絲鑲嵌在生物質炭炭板上，然后以各種顏色的寶石、玉石、彩石等顆粒為畫面色彩填充到金屬絲圈定的范圍內，最后采用特殊材料將金絲、顏色等牢牢固定在生物質炭板上，最終形成的景泰藍生物質炭板畫，打破了傳統炭板畫的形式，具有獨特的藝術效果。另外還有在炭板上利用各種花色品種的布料進行拼貼造型的。

（三）炭瓷（金屬）結合的工藝品由于生物質炭通體黝黑，視覺效果實在不佳，于是可以借鑒傳統金鑲玉的藝術形式，創造出生物質炭+陶瓷、生物質炭+金屬的新型工藝品。這類工藝品首先要設計科學合理的產品結構，利用鑲嵌、粘合、套接等工藝手段，使生物質炭和瓷料部件、金屬部件結合在一起，形成全新的藝術形式，具有現代、高雅、多層次感和質感豐富的效果。其中擺放效果最好的要數炭、瓷結合的工藝品。炭+金屬組合的生物質炭工藝品，原理和技術工藝與炭+瓷的類似，多使用質輕、柔韌性好、可塑性強的鋁合金構件，也有用效果更強、造價更高的銅、銀制作構件。在金屬構件上進行鏤空、雕刻、壓印，產生各式花紋圖案，和生物質炭構件組合之后，使整個工藝品充滿了高貴、華美、玲瓏的視覺感受，整體效果突出，適合做高端禮品之用。生物質炭工藝品是一種基于高效低耗的環保材料——在發泡劑發酵后的高孔隙生物質炭基礎上，利用傳統和現代的工藝手段制作成的新型工藝品。它的出現符合現代人們對生活空間既要高雅美觀又要環保的物質和精神需要。隨著新材料和新工藝的不斷推出，更高雅更美觀的新型生物質炭工藝品會以更新的藝術形式出現，來不斷滿足人們的審美、精神和健康需求。下面結合技術背景、具體實施步驟和附圖對本高效吸附性生物質炭工藝品制備技術作進一步說明：現代家居離不開裝潢、陳設，室內裝潢和陳設以及家具中不可避免地要使用油漆、粘結劑、纖維板、膠合板、泡沫材料等，而這些材料中往往含有苯、甲苯、二甲苯、甲醛等有害物質，這些揮發性的有害物質會長期充斥在室內從而對人體造成危害。發泡劑發酵以后的生物質炭具有發達的孔隙，是一種良好的凈化劑，能夠長期有效地吸上述空氣中的有害物質和一氧化碳、二氧化碳等多種不良氣體，且無二次污染，但因為其通常為粉墨狀，不便擺放在室內，且不美觀，因此它的使用受到了限制。為了解決上述問題，本課題組研制了一種能凈化室內空氣的實用新型生物質炭工藝品。炭工藝品的制備流程圖如下所示：圖11炭工藝品制備流程圖炭工藝品的制備的具體步驟如下：⑴收取辣椒稈、煙桿、核桃殼、松子殼、椰子殼、玉米芯、甘蔗渣、糠醛渣、咖啡殼、花生殼等農林生物質原料；⑵炭化：將粉碎后的生物質原料放入流化床中于400℃~900⑶配料：將一定配比的生物質炭、粘結劑、發泡劑、水分混合均勻，常溫下攪拌15~25分鐘，攪拌速度為80~100轉每分鐘，制成均勻的混合原料，配料比如表3所示。⑷將步驟⑶中制備好的混合原料倒入不同形狀的模具中，所采用模具為特別設計的一種具有電加熱功能的金屬模具，采用電加熱方法使金屬模具升溫，從而使炭粉在發泡劑的作用下一邊發酵一邊固定成型，之后將模具放入真空機中排出漿料中的空氣；⑸將模具從真空機中取出，常溫下在空氣中放置15~25小時后脫模；⑹將脫模后的工藝品修胚和雕飾，然后再把工藝品放置在恒溫橫濕箱中5~6天，取出后常溫風干；⑺在步驟⑹風干后的工藝品表面涂上相應的色彩，確保所涂抹色彩占據面積要盡量少以保證工藝品表面的炭顆粒孔隙不被堵塞，常溫下晾干之后添加一些飾品線即可得到高吸附性能的炭工藝品。表3炭工藝品各組分配料量（wt.%）生物炭粘結劑發泡劑水分70~805~101~55~10圖12炭工藝品模版圖四、無煙香的制備香是一種木材粉末和一些添加的香料、藥劑、粘結劑做成的用于燃燒的粉末或燃燒體。香是通過燃燒來發揮作用的，自古被應用在家居養生、陶冶情操上，起到怡神悅心、參禪修煉、供神祭祀、養生去病等作用。人類對香的喜好，乃是與生俱來的天性。隨著經濟不斷的發展和社會進步，香不僅在宗教事物中被大量使用，而且在人們日常生活中被廣泛用于除臭和提神養氣，人們所使用的香料主要有兩種，一種是自然香木或香木粉通過燃燒產生的香煙；另一種為通過木材合成人工煙香條，然后通過焚燒人工香煙條而產生香煙。由于前一種木材成本較高，只有少部分人有能力使用，大部分人選擇使用后者。而市場上大部分的人工煙香條香薰理療效果不好，燃燒時會釋放大量的煙霧，對環境造成污染，且煙霧中含有致癌物質，用久了會使人有頭暈、氣膩的感覺。21世紀，向低碳經濟轉型是人類文明的必經之路。我國政府已將發展低碳經濟，應對全球氣候危機視為重要國策。所謂低碳經濟，是指在可持續發展理念指導下，通過技術創新、制度創新、產業轉型、產業轉型、新能源開發等多種手段，盡可能地減少煤炭石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達到經濟社會發展與生態環境保護雙贏的一種經濟發展形態。傳統香行業向低碳經濟轉型是歷史發展進程的必然選擇。環保無煙香的推廣應用，有利于家庭用香、文明禮佛，減少環境污染，降低有害氣體排放。但無煙香的主要原料是木炭粉，傳統木炭的生產原料取自于木材，木材的開采將于損害環境為代價（一棵樹生長60年吸收1噸二氧化碳），開發利用傳統木炭替代品，是實現環保制香行業可持續發展的必然選擇，是實現制香企業向低碳經濟轉型的必然選擇。生物質