本發明屬于環保和資源綜合利用領域，具體涉及一種以廢棄棉制備生物油和生物炭的方法。
背景技術：
1、隨著全球快時尚產業的迅猛發展，服裝的消費量持續攀升，同時每年也伴隨產生近億噸的廢棄棉紡織品。大量的廢棄棉紡織物也帶了嚴重的環境問題。由于處理成本最低，焚燒與填埋是目前全球最為流行的廢棄棉紡織物處理方式，但是都會帶來嚴重的環境污染問題。焚燒會排放co2、co、氮氧化物，并因不完全燃燒釋放二噁英和重金屬；而填埋不僅降解周期長、占用土地，還可能在厭氧條件下釋放溫室效應極強的甲烷，并因化學物質泄漏和微塑料生成而污染土壤和水源。但同時，由于廢棄棉中纖維素含量超過90%，具有十分廣闊的資源化利用前景。
2、廢棄棉的資源化利用方法主要包括機械方法、生物方法和化學方法。由于廢棄棉的主要成分纖維素具有致密的氫鍵交聯網絡，增強其機械性能的同時也導致其無法溶于常規溶劑體系，因此，目前廢棄棉資源化利用中采用的機械和生物處理方法普遍存在轉化效率低、再生產品附加值不足等缺陷，而熱化學轉化作為一種工藝成本較低，同時降解效率也較為穩定的廢棄棉處理方法，優勢巨大。
3、熱化學轉化通常有燃燒、氣化、熱解等方法將廢棄棉轉化為固體（生物炭）、氣體（co和h2）和液體（生物油）等產物。氣化技術因副產物的生成難以有效抑制從而易引發二次污染問題，且合成氣的低能量密度特性導致其儲運能耗顯著增加，經濟性受限于下游配套轉化設施；燃燒過程雖可直接釋放熱能，但氮氧化物、硫氧化物等污染性氣體的排放需依賴末端治理，且廢棄棉固有的低熱值使其熱力學效率受限。相較而言，熱解技術通過可控的熱化學裂解反應將廢棄棉定向轉化為生物油等平臺化學品，實現廢棄棉的高效低碳化利用，纖維素熱解產生的生物油主要有左旋葡萄糖酮（lgo）、糠醛、乙酰丙酸等，lgo作為一種高價值平臺化合物，在化學合成、綠色溶劑等領域展現出卓越的應用潛力，糠醛可用作聚合物、樹脂、溶劑和生物燃料等各種商品和精細化學品的原料，而熱解的固相產物生物炭不僅在土壤改良與糧食安全方面存在應用價值，且在污染治理和環境安全方面也有著廣闊的工業應用前景。而目前現有的廢棄棉熱解專利技術存在能源消耗大、生物油產率低等問題，如中國專利申請202211106878.4中，采用固體催化劑在氣相中進行熱解的方式，然而，由于氣相傳質效率較低，高附加值生物油的產率難以提高；同時，反應溫度高達700～900℃，導致能源消耗巨大。本發明采用極性非質子溶劑對廢棄棉在較低溫度下進行均相催化熱解處理，從而顯著提升傳質效率并降低能源消耗，實現了生物油和生物炭產率的顯著提高。
技術實現思路
1、本發明目的在于提供一種以廢棄棉制備生物油和生物炭的方法。
2、本發明提出的一種以廢棄棉制備生物油和生物炭的方法，具體步驟如下：
3、（1）將極性非質子溶劑加入到配有磁力攪拌器的反應釜中；
4、（2）將酸溶解于步驟（1）所述的極性非質子溶劑中，攪拌1-10min，控制酸濃度為1-100mm，
5、得到溶液體系；
6、（3）將廢棄棉加入到步驟（2）得到的溶液體系中，密封反應釜，并用惰性氣體吹掃，以排出空氣；
7、（4）將步驟（3）所述反應釜的溶液體系攪拌加熱至預定溫度，并在該預定溫度下保留一定時間；
8、（5）將步驟（4）反應結束后的反應釜放在冷水中淬滅反應，并冷卻至室溫，過濾得到液相產物生物油和固相產物；
9、（6）將步驟（5）得到的固相產物在烘箱中烘干后，得到生物炭。
10、本發明中，步驟（1）中所述極性非質子溶劑為四氫呋喃、乙酸乙酯、丁酸乙酯、2-甲基四氫呋喃或二氯甲烷中的任一種或幾種的混合物。
11、本發明中，步驟（2）中所述酸為硫酸或磷酸中的任一種或幾種的混合物。
12、本發明中，步驟（2）中所述酸的濃度為0-100mm。
13、本發明中，步驟（3）所述廢棄棉加入的量為0.1-50wt%（反應體系的總質量百分比）中任一負載量。
14、本發明中，步驟（3）中用于吹掃的惰性氣體為氮氣或氬氣中任一種或兩種的混合物。
15、本發明中，步驟（3）中吹掃后反應器中的初始壓力為0-7mpa。
16、本發明中，步驟（4）中預定溫度為150-270℃。
17、本發明中，步驟（4）中反應時間為5-120min。
18、本發明對廢棄棉在液相中進行催化熱解，將廢棄棉中的纖維素在一定溫度、時間條件內解聚為高價值生物油和生物炭的方法。該工藝制備過程簡單、成本低，反應迅速且條件溫和，為廢棄棉的資源化回收利用提供了一種新型且可持續的方法，對廢棄棉紡織物的環境污染和能源浪費問題有著積極意義。
19、與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
20、本發明以極性非質子溶劑為反應溶劑，酸為催化劑，對廢棄棉進行液相催化熱解。本發明基于酸催化降低廢棄棉對生物油選擇性生成的活化能，同時極性非質子溶劑有效溶解中間產物提高傳質效率并放大酸催化效果，根據纖維素催化熱解方法，對其進行選擇性催化熱解，將其高效轉化為高價值的左旋葡萄糖酮、糠醛和生物炭，從而實現廢棄棉的資源化、無害化、高值化利用。
21、本發明提供了一種生產高效、成本低廉、條件溫和的廢棄棉液相催化熱解工藝，酸能夠實現對廢棄棉中纖維素的有效解聚并催化熱解初級產物脫水定向選擇性轉化為高價值生物油左旋葡萄糖酮、糠醛等，極性非質子溶劑溶解中間產物、提高傳質效率、放大酸催化作用，相比較其它對廢棄棉的熱解技術而言，本技術反應溫度較低，減少了能源消耗，同時得到的高價值生物油的產率較高實現了廢棄棉的高值化利用。本發明的固相副產物具有分級多孔結構與高比表面積，表面富含多種自由基基團，展現出廣闊的工業應用前景，實現了無廢生產。
1.一種以廢棄棉制備生物油和生物炭的方法，其特征在于具體步驟如下：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）中所述極性非質子溶劑為四氫呋喃、乙酸乙酯、丁酸乙酯、2-甲基四氫呋喃或二氯甲烷中的任一種或幾種的混合物。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（2）中所述酸為硫酸或磷酸中的任一種或幾種的混合物，且步驟（2）中所述酸的濃度為0-100mm。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（3）所述廢棄棉加入的量為反應體系的總質量0.1-50wt%中任一負載量。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（3）中用于吹掃的惰性氣體為氮氣或氬氣中任一種或兩種的混合物。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（3）中吹掃后反應器中的初始壓力為0-7mpa。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（4）中預定溫度為150-270℃。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（4）中反應時間為5-120min。