本發明涉及天然植物纖維綜合利用技術領域，具體涉及一種在二氧化碳氣氛下制備秸稈生物質炭的制備方法。
背景技術：
農作物秸稈富含有機碳，適宜將其用作制備生物質炭，既可以節約資源，又可以制備出用途廣泛的生物質炭。生物質炭化學穩定性好，耐強酸強堿，能經受水浸、高溫，具有孔隙結構發達、比表面積大、吸附性能好等優點，被廣泛地應用于固碳減排、改良土壤與肥料增效、污水處理、煙氣脫硫空氣凈化、催化劑等各個領域。
生物質炭與土壤混合，提高土壤的表面積給微生物提供了生長空間，提高主壤養分和水分持留也有利于微生物生長，這些微生物可通過礦化作用將有機氮轉化為植物可利用或易蒸發的形態，或通過真菌菌絲系統來促進植物對p和mg等養分的吸收，另外生物質炭施入土壤中，依靠自身特殊的性質，通過物理、生物、化學等多種途徑減少n、p的淋溶，對土壤氮磷淋溶具有優良的截留作用。
吸附法除磷是指磷在多孔或大比表面積的吸附劑表面通過軟附、離子交換或表面沉淀等方式富集，優良的除磷吸附劑應該具備較大的比表面積和吸附容量、吸附速度快，吸附劑再生容易、性能穩定。
技術實現要素：
本發明提供一種在二氧化碳氣氛下制備秸稈生物質炭的制備方法，制備工藝簡單，原料易得生產成本低廉，制得的炭材料具有優良的物理、化學吸附性能。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種在二氧化碳氣氛下制備秸稈生物質炭的制備方法，包括以下具體步驟：
（1）預處理：
將切割好的長度在1-3cm的農作物秸稈置于2wt%的naoh溶液中浸泡2-3小時，然后取出用蒸餾水洗滌至中性，除去秸稈表面的蠟質及其他附著的雜質，置于70-85℃的烘箱內干燥，粉碎并過100目篩，保存于干燥器中，備用；
（2）初步碳化處理：
將經過上述預處理后的農作物秸稈放入管式爐中炭化，通入載氣，經轉子流量計調節氣體流量，以3-6℃/min的速率升溫至98-110℃，停留10-20分鐘，確保管式爐內氧氣排盡且生物質處于干燥狀態，之后以6-10℃/min的加熱速率升溫至350-450℃，熱解碳化40-65分鐘；
（3）秸稈的活化處理：
達到熱解時間后，停止加熱，持續通入載氣，待溫度自然降至室溫時，取出固體產物，放入10wt%的cacl2溶液中浸泡1-2天，之后過濾，濾餅置于100-108℃烘箱中干燥；
（4）熱解活化：
將上述干燥后的秸稈置于管式爐中，通入載氣，以3-6℃/min的速率升溫至98-110℃，停留10-20分鐘，然后以升溫速率8-13℃/min，溫度為600-800℃，在該溫度下停留55-80分鐘，之后在持續通入載氣的同時停止加熱，自然冷卻后取出，產物用熱水洗滌至中性，于98-108℃下干燥至恒重，即得活性炭。
其中，所述的農作物秸稈是指水稻秸稈、小麥秸稈、棉秸稈中的一種或一種以上的混合物。
其中，所述的載氣是指氮氣與二氧化碳的混合氣體，兩者的體積比為3-4:1。
其中，所述的氣體流量為80-100ml/min。
其中，所述的步驟（3）中固體產物與cacl2溶液的固液比1:1-4。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
（1）本發明采用兩步熱解化學活化法制備秸稈生物質炭，使用氮氣與二氧化碳的混合氣體作為載氣，在初步碳化處理的低溫條件下，二氧化碳主要充當惰性氣體，秸稈纖維炭的熱分解反應占主導，之后在高溫條件下，co2能與秸稈炭骨架反應，提高碳化速率，增強秸稈炭表面的孔隙結構，增大秸稈炭比表面積、容積率，提高碳材料的物理吸附性能。
（2）本發明中使用氯化鈣作為活化劑，一方面可以作為催化劑提高生物炭轉化率，解決二氧化碳作為載氣與生物炭基體發生氣化反應而降低生物炭產率的問題，另一方面在炭材料表面提供了更多的ca2+結合位點，提高磷酸根離子與活性基團的離子交換作用，與秸稈炭內的ca2+結合從而固定在炭材料上，秸稈炭的化學吸附效果顯著。
具體實施方式
一種在二氧化碳氣氛下制備秸稈生物質炭的制備方法，包括以下具體步驟：
（1）預處理：
將切割好的長度在1-3cm的農作物秸稈置于2wt%的naoh溶液中浸泡2小時，然后取出用蒸餾水洗滌至中性，除去秸稈表面的蠟質及其他附著的雜質，置于80℃的烘箱內干燥，粉碎并過100目篩，保存于干燥器中，備用；
（2）初步碳化處理：
將經過上述預處理后的農作物秸稈放入管式爐中炭化，通入載氣，經轉子流量計調節氣體流量，以5℃/min的速率升溫至105℃，停留15分鐘，確保管式爐內氧氣排盡且生物質處于干燥狀態，之后以8℃/min的加熱速率升溫至400℃，熱解碳化45分鐘；
（3）秸稈的活化處理：
達到熱解時間后，停止加熱，持續通入載氣，待溫度自然降至室溫時，取出固體產物，放入10wt%的cacl2溶液中浸泡2天，之后過濾，濾餅置于105℃烘箱中干燥；
（4）熱解活化：
將上述干燥后的秸稈置于管式爐中，通入載氣，以5℃/min的速率升溫至100℃，停留15分鐘，然后以升溫速率10℃/min，溫度為700℃，在該溫度下停留70分鐘，之后在持續通入載氣的同時停止加熱，自然冷卻后取出，產物用熱水洗滌至中性，于100℃下干燥至恒重，即得活性炭。
其中，所述的農作物秸稈是指水稻秸稈、小麥秸稈、棉秸稈中的一種或一種以上的混合物。
其中，所述的載氣是指氮氣與二氧化碳的混合氣體，兩者的體積比為3:1。
其中，所述的氣體流量為80ml/min。
其中，所述的步驟（3）中固體產物與cacl2溶液的固液比1:3。