一種可處理含鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可處理含鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法，將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈、切割、烘干、粉碎、過篩后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～40%氫氧化鉀溶液在振蕩轉(zhuǎn)速100～120r/min條件下浸漬3～12小時(shí)，氫氧化鉀與稻草厭氧發(fā)酵渣粉末的質(zhì)量比為0.5～4：1，烘干后在馬弗爐中活化30～60分鐘，溫度為400～550℃，用70～80℃的熱蒸餾水洗滌至pH為5～6，將所得產(chǎn)品烘干后研磨至粒徑目數(shù)小于150目。本發(fā)明制備的活性炭，對(duì)含鎘廢水的處理效果好，鎘離子的理論飽和吸附容量在20.79～66.22mg/g之間，遠(yuǎn)高于一般的商品活性炭。而且本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單易行、成本低、污染少、對(duì)金屬離子吸附效果好，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種可處理含鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法，特別涉及一種可處理含鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稻草是我國第一大農(nóng)作物秸桿，其產(chǎn)量占農(nóng)作物秸桿總產(chǎn)量的四分之一以上。稻草是農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)中一種重要的生物資源，主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素組成，也是一種貯量豐富、價(jià)格低廉且可以年年再生的有機(jī)物質(zhì)。稻草曾經(jīng)是中國廣大農(nóng)村必不可少的生產(chǎn)和生活物質(zhì)，但最近二十年來，隨著農(nóng)民生活水平的提高、農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)的改善和各類替代原料的應(yīng)用，以稻草為首的秸桿出現(xiàn)了過剩，大量稻草被廢棄或直接被焚燒，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外很多學(xué)者開展了稻草的綜合利用研究。
[0003]目前，稻草主要應(yīng)用于沼氣發(fā)酵、畜禽養(yǎng)殖、食用菌栽培種植、還田、造紙、稻草編織和生物乙醇制備等產(chǎn)業(yè)中，其中將稻草等農(nóng)作物秸桿應(yīng)用于沼氣發(fā)酵，得到了世界范圍的普遍重視。特別是伴隨著農(nóng)村地區(qū)能源消耗的日益增大，同時(shí)全球范圍內(nèi)能源危機(jī)和環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)重，沼氣資源作為一種應(yīng)用前景良好的新能源，它的開發(fā)利用日益受到各國政府的重視。沼氣發(fā) 酵工藝在農(nóng)村地區(qū)的推廣應(yīng)用，給廣大農(nóng)民帶來了清潔便利的能源，但是隨之而來的是沼渣等廢棄物的排放量也在不斷增加。如果不能把這些廢棄物及時(shí)、有效、充分地利用起來，則會(huì)給周邊的環(huán)境帶來二次污染。因此，對(duì)稻草循環(huán)利用后的有機(jī)廢棄物進(jìn)行妥善處理或進(jìn)一步資源化再利用，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展的必然要求。目前，稻草發(fā)酵后的沼渣主要用作農(nóng)作物和花卉等的肥料，也能用于養(yǎng)殖業(yè)，如菌類養(yǎng)殖、蚯蚓養(yǎng)殖、魚類養(yǎng)殖等。但沼渣在利用過程中存在著一定的安全隱患，如沼渣中含有一定量的激素、病原微生物、重金屬等，可能會(huì)對(duì)環(huán)境和人畜的健康產(chǎn)生影響。當(dāng)沼渣作為農(nóng)肥進(jìn)行使用時(shí)，還存在著運(yùn)輸不便、使用不方便、肥效不好等缺點(diǎn)，另外農(nóng)作物對(duì)肥料的需求具有一定的季節(jié)性，這會(huì)導(dǎo)致沼渣出現(xiàn)季節(jié)性過剩。以上這些因素，限制了沼渣的資源化利用。為了及時(shí)充分地利用沼渣，探索沼渣的新的利用方式，顯得十分必要。
[0004]沼渣是由灰分物質(zhì)、腐植酸類物質(zhì)和難分解的有機(jī)殘余物質(zhì)如木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等組成。其中木質(zhì)素、纖維素和半纖維素等有機(jī)殘余物質(zhì)占40%~50%，腐植酸類物質(zhì)占10%~20%。稻草厭氧發(fā)酵渣是以稻草為原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵制備沼氣后的副產(chǎn)物，其有機(jī)質(zhì)的含量約為47%左右?；钚蕴渴且环N優(yōu)質(zhì)吸附劑，因其具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和豐富的表面官能團(tuán)，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、食品和化工等領(lǐng)域。幾乎所有富含碳的有機(jī)材料都能用于制備活性炭，而稻草厭氧發(fā)酵渣中有機(jī)質(zhì)含量豐富，是一種較好的活性炭制備的前驅(qū)體，因此，可以試著將稻草厭氧發(fā)酵渣用于制備活性炭，并將所制備的活性炭用于處理含鎘廢水。這一方面可為含鎘廢水的治理提供一種新的處理方法，同時(shí)為沼渣的資源化再利用提供了一種新的處理途徑，具有較好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)沼渣利用過程中存在的不足及含鎘廢水治理的緊迫性，提供一種以稻草厭氧發(fā)酵渣為原料，工藝簡(jiǎn)單的活性炭的制備方法，實(shí)現(xiàn)充分利用稻草厭氧發(fā)酵渣有效處理含鎘廢水。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0007]—種可處理含鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法，包括如下步驟:
[0008]A:將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈、切割、烘干、粉碎、過篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末；
[0009]B:將步驟A制得的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末加到氫氧化鉀溶液中，攪拌混勻、振蕩浸潰后固液分離；
[0010]C:將浸潰后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末烘干，在馬弗爐中活化；
[0011]D:將活化后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉取出，冷卻，用IM鹽酸酸洗，然后用熱蒸餾水洗滌；
[0012]E:將洗滌好的試樣烘干、研磨、過篩，得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。
[0013]所述步驟A中，粉碎粒徑目數(shù)大于20目；
[0014]所述步驟B中，氫氧化鉀溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5~40%，氫氧化鉀與稻草厭氧發(fā)酵渣粉末的質(zhì)量比為0.5~4:1，振蕩轉(zhuǎn)速為100~120r/min，浸潰的時(shí)間為3~12小時(shí)；
[0015]所述步驟C中，馬弗爐中活化溫度為400~550°C，恒溫時(shí)間為30~60分鐘；
[0016]所述步驟D中，熱蒸餾水的溫度優(yōu)選為70~80°C，用熱蒸餾水洗滌至洗滌液的pH為5~6 ;
[0017]所述步驟E中，試樣研磨至粒徑目數(shù)小于150目，優(yōu)選100目。
[0018]所述步驟A、步驟C、步驟E中烘干溫度均為為100~120°C。
[0019]本發(fā)明首次利用稻草厭氧發(fā)酵渣制備活性炭，實(shí)現(xiàn)了對(duì)稻草厭氧發(fā)酵渣的充分利用，達(dá)到了資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)的雙贏。本發(fā)明制備的活性炭，對(duì)含鎘廢水的處理效果好，鎘離子的理論飽和吸附容量在20.79~66.22mg/g之間，遠(yuǎn)高于一般的商品活性炭。而且本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單易行、成本低、污染少、活化溫度低、對(duì)金屬離子吸附效果好等特點(diǎn)，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，具有良好的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】:
[0020]下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明:
[0021]實(shí)施例1:
[0022]用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2~4cm小段，在105°C下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎，過20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸潰6小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾去殘余的浸潤(rùn)液。將浸潰后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱中，于105°C下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化溫度450°C后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中，恒溫60分鐘。冷卻后，用IM鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬類化合物雜質(zhì)，隨后用70°C的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗滌液的PH至6。將洗滌后的試樣在105°C下烘干，烘干后研磨過100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為66.22mg/g, 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為93.76%。
[0023]實(shí)施例2:
[0024]用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2~4cm小段，在105°C下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎，過20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸潰12小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾去殘余的浸潤(rùn)液。將浸潰后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱中，于105°C下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化溫度450°C后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中，恒溫60分鐘。冷卻后，用IM鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬類化合物雜質(zhì)，隨后用75°C的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗滌液的PH至5。將洗滌后的試樣在105°C下烘干，烘干后研磨過120目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為61.35mg/g, 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為96.09%。
[0025]實(shí)施例3:
[0026]用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2~4cm小段，在110°C下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎，過20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸潰3小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾去殘余的浸潤(rùn)液。將浸潰后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱中，于105°C下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化溫度450°C后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中，恒溫40分鐘。冷卻后，用IM鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬類化合物雜質(zhì)，隨后用75°C的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗滌液的PH至5。將洗滌后的試樣在105°C下烘干，烘干后研磨過80目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品 。由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為31.44mg/g, 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為73.00%。
[0027]實(shí)施例4:
[0028]用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2~4cm小段，在105°C下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎，過40目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣粉末與5%的氫氧化鉀溶液以0.5:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸潰3小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾去殘余的浸潤(rùn)液。將浸潰后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱中，于105°C下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化溫度450°C后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中，恒溫50分鐘。冷卻后，用IM鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬類化合物雜質(zhì)，隨后用70°C的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗滌液的PH至6。將洗滌后的試樣在105°C下烘干，烘干后研磨過100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為44.64mg/g, 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為87.91%。
[0029]實(shí)施例5:
[0030]用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2~4cm小段，在105°C下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎，過20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣粉末與40%的氫氧化鉀溶液以4:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸潰3小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾去殘余的浸潤(rùn)液。將浸潰后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱中，于105°C下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化溫度450°C后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中，恒溫60分鐘。冷卻后，用IM鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬類化合物雜質(zhì)，隨后用70°C的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗滌液的PH至5。將洗滌后的試樣在105°C下烘干，烘干后研磨過100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為38.16mg/g, 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為80.99%。
[0031]實(shí)施例6: [0032]用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2~4cm小段，在105°C下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎，過60目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸潰6小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾去殘余的浸潤(rùn)液。將浸潰后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱中，于105°C下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化溫度400°C后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中，恒溫60分鐘。冷卻后，用IM鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬類化合物雜質(zhì)，隨后用80°C的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗滌液的PH至5。將洗滌后的試樣在105°C下烘干，烘干后研磨過100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為58.87mg/g, 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為93.49%。
[0033]實(shí)施例7:
[0034]用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2~4cm小段，在120°C下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎，過20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然后以IOOr/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸潰3小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾去殘余的浸潤(rùn)液。將浸潰后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱中，于105°C下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化溫度500°C后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中，恒溫60分鐘。冷卻后，用IM鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬類化合物雜質(zhì)，隨后用80°C的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗滌液的PH至5。將洗滌后的試樣在105°C下烘干，烘干后研磨過100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為25.64mg/g, 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為73.62%。
[0035]實(shí)施例8:
[0036]用蒸餾水將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈，剪成長(zhǎng)度為2~4cm小段，在105°C下烘24小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)將稻草厭氧發(fā)酵渣粉碎，過20目篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末。將所得稻草厭氧發(fā)酵渣粉末與10%的氫氧化鉀溶液以1:1的質(zhì)量比混合，攪拌均勻，然后以120r/min的轉(zhuǎn)速振蕩浸潰6小時(shí)，振蕩結(jié)束后，用紗布濾去殘余的浸潤(rùn)液。將浸潰后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉放入真空干燥箱中，于105°C下烘12小時(shí)，待馬弗爐的溫度升至所需要的活化溫度550°C后，將烘干后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末放入馬弗爐中，恒溫30分鐘。冷卻后，用IM鹽酸進(jìn)行酸洗，以除去所含的金屬類化合物雜質(zhì)，隨后用70°C的熱蒸餾水繼續(xù)洗滌試樣，直至洗滌液的PH至5。將洗滌后的試樣在105°C下烘干，烘干后研磨過100目篩，即獲得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)鎘離子的理論飽和吸附容量為20.79mg/g, 20mg/L含鎘溶液的吸附效率為69.94%。
【權(quán)利要求】
1.一種可處理含鎘廢水的稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭的制備方法，包括如下步驟: A:將稻草厭氧發(fā)酵渣洗凈、切割、烘干、粉碎、過篩，得到稻草厭氧發(fā)酵渣粉末； B:將步驟A制得的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末加到氫氧化鉀溶液中，攪拌混勻、振蕩、浸潰后固液分離； C:將浸潰后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末烘干后，在馬弗爐中活化； D:將活化后的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末取出，冷卻后，用IM鹽酸酸洗，然后用熱蒸餾水洗滌； E:將洗滌好的試樣烘干、研磨、過篩，得稻草厭氧發(fā)酵渣活性炭成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于粉碎粒徑目數(shù)大于20目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟B中，所用氫氧化鉀溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5~40%,浸潰的時(shí)間為3~12小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟B中氫氧化鉀與步驟A制得的稻草厭氧發(fā)酵渣粉末的質(zhì)量比為0.5~4:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟B中振蕩轉(zhuǎn)速為100~120r/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟C中馬弗爐活化的溫度為400~550°C，恒溫時(shí)間為30~60分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟D中，所用熱蒸餾水的溫度為70~80°C，用熱蒸餾水洗滌至洗滌液的pH為5~6。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟E中，試樣研磨至粒徑目數(shù)小于150目。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟A、步驟C、步驟E中烘干溫度均為100~120°C。
【文檔編號(hào)】C01B31/08GK103601182SQ201310492468
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】方彩霞, 付津宇, 葉良濤 申請(qǐng)人:安徽師范大學(xué)